RU1837380C - Многозначна мера электрического сопротивлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной и электровычислительной техника и предназначено дл  использовани  в качестве программируемой многозначной меры электрического сопротивлени  (ММЭС) - точного преобразовател  кеда в сопротивление, используемого в системах а зтоматической поверки и контрол  параметров контрольно-измерительной аппаратуры , а также в устройствах вывода аналоговых сигналов из ЭВМ, вход щих в рззличные измерительно-вычислительные и ти электромоделирующие гибридные ком- п чексы из средств электроизмерительной и энектровычислительной техники.

Известно устройство - двухполюсник, п зедназначенное дл  моделировани  рези- с1 оров с низкой шумовой температурой, со- дзржащее операционный усилитель (ОУ),

три резистора соответственно с сопротивлени ми Ro, RF и Rx, причем первый резистор с образцовым сопротивлением R0 первым выводом соединен с первым входным зажимом (полюсом) : инвертирующим входом усилител , второй вывод этого резистора соединен с выходом усилител , второй вывод этого резистора соединен с выходом усилител  и первым выводом второго резистора с сопротивлением Rx.

Неинвертирующий вход операционного усилител  соединен с его общим выводом (нулевой шиной и землей) первым выводом третьего резистора с сопротивлением Rx.

Токоподвод второго зажима (полюса) соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, образующих сопмест- но неуправл емый двухплечий масштабный делитель напр жени  на выходе усилител .

сл

с

со

CJ

vi со с о

По утверждению за вител  между зажимами-полюсами указанного выше устройства воспроизводитс  (имитируетс ) сопротивление Ri2, пропорциональное сопротивлению Ro образцового резистора.

Указанному аналогу присущи следующие недостатки:

1) потребность в трех резисторах с сопротивлени ми Ro, RF, Rx и одном операционном усилителе дл  имитации лишь одного значени  сопротивлени 

+

RpRx

RoRp

RF + Rx RF + Rx Ro Rx + RF Rx Rx Rp+Rx

R();

2) имитируемое между зажимами 1 и 2 рассматриваемого аналога сопротивление Ri-2. как следует из (1), в общем не  вл етс  пропорциональным R0; можно говорить лишь о частном случае, когда выполн ютс  следующие услови :

;(2)

ARi-2(3)

где ARi-2 - допустима  абсолютна  погрешность сопротивлени  Ri-2.

Более совершенным аналогом за вл емого устройства  вл етс  мера электрического сопротивлени , содержаща  образцовый резистор, повторитель напр жени  на первом ОУ, соединенный своим входом с истоком (стоком) полевого транзистора , сток (исток) которого соединен с первым выводом образцового резистора и вторым входом третьего ОУ, а его затвор - с выходом третьего ОУ, первый вход которого соединен через четвертый инвертирующий ОУ с выходом второго ОУ, первый вход которого череЗ первый резистор соединен с выходом первого ОУ, а через второй резистор - с выходом умножител , в качестве которого может использоватьс  ШИМ-дели- тель, вход которого соединен с выходом второго ОУ.

Данному аналогу присущи следующие недостатки: .

1)сложность из-за большого состава и многих св зей между составными част ми;

2)невысока  точность из-за вли ни  на погрешность воспроизведени  сопротивлени  погрешностей отношений сопротивлений первого и второго резисторов, коэффициента передачи четвертого инвертирующего ОУ, дрейфа всех четырех ОУ.

Более совершенным и близким аналогом за вл емого устройства  вл етс  управл ема  мера электрического сопротивлени , содержаща  образцовый резистор, два опера- . ционных усилител , ШИМ-делитель напр жени  со схемой управлени , сигнальный вход которого соединен с вторым входом первого ОУ и выходом второго ОУ, а его выход - со вторым входом второго ОУ, первый вход которого соединен с выходом первого ОУ и вторым входным зажимом меры, первый вход первого ОУ соединен с первым выводом образцового резистора и первым входным зажимом, второй вывод образцового резистора соединен с общими выводами обоих ОУ и ШИМ-делител .

Недостаток данного аналога - сложность его реализации из-за необходимости формировани  у обоих ОУ специальных ам- плитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ), обеспечивающих устойчивую работу устройства.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  управл ема  мера электрического сопротивлени , содержаща  два входных зажима и два операционных усилител , ШИМ-делитель со схемой управлени , образцовый резистор, первый вывод которого соединен с первым входным зажимом и инвертирующим входом первого ОУ, второй вывод соединен с общей шиной обоих операционных усилителей и ШИМ-делител , сигнальный вход которого соединен с выходом и инвертирующим входом первого ОУ, а выход ШИМ-делител  соединен с неинвертирующим входом второго ОУ, выход которого соединен с его инвертирующим

0

5

0

5

0

5

0

входом и вторым входным зажимом меры. Недостатки прототипа следующие: 1.) прототип в действительности не  вл - . етс  мерой, сопротивление которого характеризуетс  пр мой пропорциональной

зависимостью:

R1-2 0, Х1...Х|...ХкЛОрОм 0

(4)

между следующими составл ющими (4): Ri-2 значением сопротивлени  меры, Ом; О, XI...XI,..XK - нормализованной мантиссой числового значени  (4), где Xi

f Xi,...X- показани -коды 1-го1-гоК-го

разр дов (декад);

&10 Ом-масштаб (4) коэффициент пропорциональности , поскольку он характеризуетс  иной зависимостью, а именно:

R3 Ro(/3-1).(5)

где R3 Ri-2 - сопротивление меры;

.10 Ом-сопротивление образцового резистора;

/3 0, Хь..Х|,..Хк 1 - коэффициент передачи ШИМ-делител  зависимостью, коорую можно привести к более удобному Јл  дальнейшего рассмотрени  виду:

R3 Ri-2 (0, Xi...Xi...XK-l).10p Ом (6)

-{ 0, Х1...Х|...Хк).Ю Ом

(6а)

Откуда следует, что либо в тексте описани  фототипа допущена ошибка, либо прото- ип  вл етс  преобразователем кода

ft 0, XL..XI...XK,

j отрицательное электрическое сопротивление ...

2)в действительности прототип  вл ет- :  однопредельным преобразователем кода з сопротиаление

1-2 Ra (1 - ft }Ro (1 - О, Xi.,Xi...XK)Ro (7)

1 его автономное применение в качестве еры сопротивлени  без каких-либо суще- :твенных его изменений (или же использо- зани  с внешней ЭВМ) принципиально невозможно;

3)примененный в составе прототипа в сачестве цифрового делител  напр жени  1 ИМ-делитель со специальной схемой уп- )эвлени  работает периодически с циклами преобразовани  за определенный промежуток времени, например, одно преобразование 0,01-0,1 с, уступает своим эезисторным аналогам не только по быстродействию , но и точности, если рабочее на- тр жение измен етс  в 10-100 раз и более, ак бывает в цеп х с мерами сопротивлени .

Целью изобретени   вл етс  получение пр мой пропорциональной зависимости воспроизводимого мерой сопротивлени  от коэффициента передачи кодоуправл емого целител  напр жени  и упрощение управлени  за вл емой мерой сопротивлени , увеличение быстродействи  и пределов показаний последней.

Цель достигаетс  следующим образом:

1)соединением сигнального входа управл емого делител  напр жени  с общими выводами первого и второго операционных усилителей и соединением общего вывода управл емого делител  напр жени  с выходом и инвертирующим входом первого операционного усилител ;

2)применением взамен ШИМ-делител  со специальной схемой управлени  рези- сторного цифрового делител  напр жени ;

3)применением взамен однозначного неуправл емого масштабного образцового эезистора управл емого мультирезистора. например, выполненного в виде блока

трансферов, что увеличивает точность и количество пределов показани  меры.

На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема первого варианта за вл емого устройства; на фиг. 2 - схема вто5 рого варианта этого устройства.

Обозначени  на фиг. 1 и фиг. 2 следующие: 1 - первый входной зажим; 2 - второй входной зажим; 3 - образцовый резистор с сопротивлением Во; 4 - первый операцион10 ный усилитель; 5 - второй операционный усилитель; 6 - ШИМ-делитель напр жени ; 7 - схема управлени  делителем 6; 8 - канал управлени -информации схемы 7; 9 - рези- сторный цифровой делитель напр жени ;

15 10 - канал управлени -информации делител  9:11 - масштабный мультирезистор; 12 - канал управлени -информации мультирезистора 11.

Управл ема  мера электрического со20 противлени  согласно фиг. 1 содержит подключенную к входным зажимам 1 и 2 следующую цепь:

-образцовый резистор 3 с сопротивлением RO, первый вывод этого резистора со25 единен с первым входным зажимом и неинвёртирующим входом операционного усилител  4, второй вывод резистора соединен с общими выводами (нулевыми шинами ) операционных усилителей 4 и 5 с

30 сигнальным входом ШИ л-делител  5;

-общий вывод ШИМ-делител  б соединен с инвертирующим входом и выходом операционного усилител  4;

-ШИМ-делитель 6 св зан двум  про- 35 водниковыми каналами со схемой управлени  7, имеющей свой канал управлени -информации дл  установлени  и индикации требуемого коэффициента передачи делител  6

.Х1...Х|....Хк 1,(8)

где XiXiХк - показани  1-го1-го,

..., К-ro размеров делител  6;

-к выходу ШИМ-делител  б подключен неинвертирующий вход операционного уси45 лител  5, инвертирующий вход и выход которого соединены с вторым входным зажимом 2.

Во втором варианте за вл емого устройства согласно фиг. 2 сделаны следующие

50 изменени :

1)сложный и циклически работающий ШИМ-делитель заменен быстродействующим и более простым по управлению рези- сторным цифровым делителем 9 с каналом

55 управлени -информации 10 дл  ввода и индикации показаний XiXiХк разр дов

1-го, 1-го, К-го коэффициента передачи (8);

2)однозначный неуправл емый образцовый резистор 3 заменен масштабным

мультирезистором 11 с каналом управлени -информации 12, с помощью которого можно установить требуемое значение сопротивлени  RO из р да

1; 101;...: 10Р;...Ю8; 1090м,

чем обеспечить реализацию не одной, как у прототипа и варианта устройства согласно фиг. 1, а р да шкал (пределов) показаний варианта устройства согласно фиг. 2.

Работа устройства основана на преобразовании тока I, протекающего через устройство через входные зажимы 1 и 2 от внешней цепи (например, повтор емого омметра ) в падение напр жени  Ut-2 между зажимами 1 и 2, пр мо пропорциональное величине сопротивлени  R0 образцового резистора 3 (масштабного мультирезистора 11) и коэффициенту передачи цифрового делител  напр жени  6 (на фиг. 1) или 9 (на фиг. 2).

На фиг. 1 и 2 видно, что ток I при практически нулевом входном токе A i усилите- л  4 полностью пройдет через сопротивление RO резистора 3 (мультирезистора 11) и создаст на входе повторител  напр жени -усилител  4 сигнал

U-I.Ro,

(10)

который усилитель 4 повторит между сигнальным входом и выходом ШИМ-делител  6 (фиг. 1), делител  9 дл  фиг. 2.

Делитель б (фиг. 1) или 9 (фиг. 2) преобразует сигнал 10 в два выходных сигнала;

1)сигнал ,Xi..,Xi..,XK.IRo p (It)

на основном своем выходе между общим выводом (шиной) и выходом;

2) сигнал $ Цб -(1-/3JU (1- 0,Xi...Xi...XK.) IRo(12)

на дополнительном выходе между сигнальным входом и общим выводом (шиной).

При указанном на фиг. 1 и фиг. 2 новом (по отношению прототипа) подключении операционного усилител  5 своим общим выводом (нулевой шиной) к сигнальному входу делител  6 (фиг, Дделител  11 (фиг. 2) усилитель 5 между своим выходом и соединенными общими выводами обоих усилителей повтор ет сигнал (12), а именно:

Ј р (1 -0, Xi...Xi...Xic)1Ro. (13)

Падение напр жени  между зажимами 1 и 2 меры

Ui-2-U- ip,

(14)

где U IR0 - падение напр жени  на сопротивлении R0;

р - выходное напр жение усилител  5. После подстановки (10) и (13) в (14) пол- 5 учим

Ui-2 U - р HR0 - (1-0, Xi ..Х|...Хк).1Р0 О, XL..XI...XK . IRo.(15)

10 откуда в соответствии с законом Ома воспроизводимое мерой сопротивление

Rl-2

U1-2

I

-0,Xi...Xi...XK.Ro.(16)

Из выражени  (16) следует, что сопротивление Ri-2 за вл емого устройства, воспроизводимое между зажимами 1 и 2, пр мо пропорционально коэффициенту передачи

делител  напр жени  6 (фиг. 1) делител  11 (фиг. 2). более того, во втором варианте устройства предусмотрена возможность изменени  коэффициента (масштаба) пропорциональности

Ro 10pOM

(17)

в пределах р да (9), чем обеспечиваетс  получение следующего множества (массива) шкал воспроизводимых сопротивлений: .) 0,Xi,.,Xi,,XK, 1 Ом Ri-2() 0, XL..XI...XK. 100м Ri-2(2) 0, Xi...Xi...XK. 1020м

35

R1-2(P) 0, XL..XI...XK. 10РОм

(18)

Ri-2(9) 0, XL..XI...XK. 10эОм

Возможность непосредственного управлени  величиной воспроизводимого сопротивлени  как по пределам - шкалам его изменени  согласно (18), так и внутри пределов за счет простого поразр дного квантовани  на основе простой и удобной линейной пр мо пропорциональной зависимости этого сопротивлени  от коэффициента передачи используемых в вариантах этого устройства цифровых делителей обеспечивает более высокую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими имитаторами-аналогами , характеризуемыми более сложными функциональными зависимост ми.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Многозначна  мера электрического сопротивлени , содержаща  первый и второй входные зажимы, два операционных усилител , цифровой делитель напр жени  и образцовый резистор, первый вывод которого соединен с токовыводом первого входного зажима и с неинвертирующим входом первого операционного усилител , инвертирующий вход и выход которого соединены, второй вывод образцового резистора сое- Д1 нен с общими выводами первого и вторе го операционных усилителей, выход цифрового делител  напр жени  соедини н с неинвертирующим входом второго orерационного усилител , инвертирую- щ 1й вход которого соединен с его выходом и зторым входным зажимом, отличающ а   с   тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , образцовый резистор выполнен в виде управл емого масштабного мультирезистора, цифровой

   вход которого  вл етс  каналом установа масштаба меры, общие выводы первого и второго операционных усилителей подключены к входу, а выход первого операционного усилител  к общему выводу цифрового

   делител  напр жени , цифровой вход которого  вл етс  каналом установа нормализованной мантиссы требуемого значени  сопротивлени  меры.

   L i

   фиг.1

   Ј /

   фиг.2