RU2137144C1 - Process measuring electric resistance - Google Patents

Process measuring electric resistance Download PDF

Info

Publication number
RU2137144C1
RU2137144C1 RU98108183A RU98108183A RU2137144C1 RU 2137144 C1 RU2137144 C1 RU 2137144C1 RU 98108183 A RU98108183 A RU 98108183A RU 98108183 A RU98108183 A RU 98108183A RU 2137144 C1 RU2137144 C1 RU 2137144C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistance
current
measured
measurement
measuring
Prior art date
Application number
RU98108183A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Долгих
Е.В. Кириевский
С.В. Василевская
Original Assignee
Новочеркасский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Новочеркасский государственный технический университет filed Critical Новочеркасский государственный технический университет
Priority to RU98108183A priority Critical patent/RU2137144C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2137144C1 publication Critical patent/RU2137144C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: process measuring electric resistance consists in transmission of electric current through measured resistance. First measurements of current and drop of voltage across measured resistance are taken and their values are used to find first value of resistance. After first measurement of current and drop of voltage current through measured resistance is changed by way of connection of additional resistance in series with measured one. Second measurement of current and drop of voltage across measured resistance are taken and their values are used to determine second value of resistance. Measured resistance is found by given formula with account of values of internal resistance of measuring device without additional resistance. EFFECT: widened functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению электрического сопротивления, преимущественно в микроомном диапазоне, например сопротивления контактов коммутационных аппаратов. The invention relates to the field of measuring technology, in particular to measuring electrical resistance, mainly in the microohm range, for example, the contact resistance of switching devices.

Известен мостовой способ (см. , например, кн. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е. М. Душина. 6-е изд. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд.-ние, 1987, с. 422), основанный на включении измеряемого сопротивления в мостовую схему, балансировке этой схемы и определении неизвестного сопротивления по условию баланса мостовой схемы. Недостатками этого способа, приводящими к ограничению области его применения, является то, что при измерении очень малых сопротивлений (в микроомном диапазоне) для обеспечения необходимой чувствительности моста требуется через измеряемое сопротивление пропускать очень большие токи - десятки и даже сотни ампер, а при измерении больших сопротивлений (в мегаомном диапазоне) - повышать напряжение на исследуемом объекте до сотен и даже тысяч вольт. Known bridge method (see, for example, the book. Fundamentals of metrology and electrical measurements. Edited by E. M. Dushin. 6th ed. L .: Energoatomizdat. Leningrad. Otd.-niye, 1987, p. 422), based on the inclusion of the measured resistance in the bridge circuit, balancing this circuit and determining the unknown resistance according to the balance condition of the bridge circuit. The disadvantages of this method, limiting the scope of its application, is that when measuring very small resistances (in the microohm range), to ensure the necessary sensitivity of the bridge, it is necessary to pass very large currents through the measured resistance — tens or even hundreds of amperes, and when measuring large resistances (in the megaohm range) - increase the voltage at the studied object to hundreds or even thousands of volts.

Известен также способ измерения электрического сопротивления, который основан на измерении падения напряжения на неизвестном сопротивлении, включенном в электрическую цепь. Значение измеряемого сопротивления определяют по падению напряжения на этом сопротивлении. Примерами реализации такого способа являются электронные и магнитоэлектрические омметры (см. там же, стр. 421-422). Однако они отличаются невысокой точностью (класс точности 1,0 - 1,5) и неравномерностью шкалы. Кроме того, диапазон измерений таких приборов ограничен снизу значениями сопротивления около 1 Ом, что не позволяет их применять, например, при измерении контактных сопротивлений коммутационных аппаратов. There is also known a method of measuring electrical resistance, which is based on measuring the voltage drop across an unknown resistance included in an electrical circuit. The value of the measured resistance is determined by the voltage drop across this resistance. Examples of the implementation of this method are electronic and magnetoelectric ohmmeters (see ibid., Pp. 421-422). However, they are notable for low accuracy (accuracy class 1.0 - 1.5) and uneven scale. In addition, the measurement range of such devices is limited below by resistance values of about 1 Ohm, which does not allow them to be used, for example, when measuring the contact resistances of switching devices.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения электрического сопротивления (способ амперметра и вольтметра), который основан на измерении падения напряжения на неизвестном сопротивлении, включенном в электрическую цепь, и тока в этой цепи. Значение измеряемого сопротивления определяют как отношение падению напряжения на нем к протекающему току /см. там же, стр. 423/. Недостатком этого способа-прототипа является низкая точность измерений из-за влияния на результат погрешностей измерения тока и напряжения. В частности, проявляются аддитивные постоянные систематические погрешности (см., например, кн. : Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника. Учеб. пособие для техн. вузов. - М.: Высш. шк., 1991, с. 26-27, рис. 3.2). Причинами таких погрешностей являются, например, неточность настройки "нуля" используемых амперметра и вольтметра, напряжение смещения входных усилителей электронных измерительных преобразователей тока и напряжения, термо- и контактная э.д.с. в измерительных цепях. Closest to the claimed is a method of measuring electrical resistance (the method of an ammeter and voltmeter), which is based on measuring the voltage drop at an unknown resistance included in the electrical circuit, and the current in this circuit. The value of the measured resistance is defined as the ratio of the voltage drop across it to the flowing current / cm. ibid., p. 423 /. The disadvantage of this prototype method is the low accuracy of the measurements due to the influence on the result of measurement errors of current and voltage. In particular, additive constant systematic errors appear (see, for example, book: Aliev T.M., Ter-Khachaturov A.A. Measuring equipment. Textbook for technical universities. - M.: Higher school, 1991, pp. 26-27, Fig. 3.2). The reasons for such errors are, for example, the inaccuracy of the “zero” setting of the used ammeter and voltmeter, the bias voltage of the input amplifiers of the electronic measuring transducers of current and voltage, and the thermal and contact emfs in measuring chains.

Задачей изобретения является уменьшение аддитивной постоянной систематической погрешности измерения электрического сопротивления и расширение диапазона измерения в сторону малых сопротивлений. The objective of the invention is to reduce the additive constant systematic error in the measurement of electrical resistance and the expansion of the measurement range in the direction of low resistances.

Решение задачи достигается тем, что в способе измерения электрического сопротивления, заключающемся в том, что через измеряемое сопротивление пропускают электрический ток, выполняют первое измерение тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют первое значение сопротивления, дополнительно после первого измерения тока и падения напряжения измеряют ток через измеряемое сопротивление путем включения последовательно с измеряемым дополнительного сопротивления, выполняют второе измерение тока и падение напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют второе значение сопротивления, а измеряемое сопротивление определяют по формуле

Figure 00000002

где R0 - сумма внутреннего сопротивления источника питания и сопротивления измерителя тока; Rд - дополнительное сопротивление; r1 и r2 - первое и второе значения сопротивления при первом и втором измерениях соответственно.The solution to the problem is achieved by the fact that in the method of measuring electrical resistance, which consists in the fact that an electric current is passed through the measured resistance, a first measurement of the current and voltage drop across the measured resistance is performed and the first resistance value is determined from their values, additionally after the first measurement of current and drop voltage measure the current through the measured resistance by switching in series with the measured additional resistance, perform a second current measurement and the drop of the voltage across the resistance being measured and their values define the second resistance value and the measured resistance is determined by the formula
Figure 00000002

where R 0 is the sum of the internal resistance of the power source and the resistance of the current meter; R d - additional resistance; r 1 and r 2 are the first and second resistance values in the first and second measurements, respectively.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что после первого измерения тока и падения напряжения изменяют ток через измеряемое сопротивление путем включения последовательно с измеряемым дополнительного сопротивления, выполняют второе измерение тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют второе значение сопротивления, а измеряемое сопротивление определяют по формуле

Figure 00000003

где R0 - внутреннее сопротивление устройства измерения сопротивления без дополнительного сопротивления; Rд - дополнительное сопротивление; r1 и r2 - первое и второе значения измеряемого сопротивления при первом и втором измерениях соответственно.The claimed technical solution differs from the prototype in that after the first measurement of the current and voltage drop, the current is changed through the measured resistance by switching on additional resistance, the second measurement of current and voltage drop at the measured resistance is performed and the second resistance value is determined from their values, and the measured resistance is determined by the formula
Figure 00000003

where R 0 is the internal resistance of the resistance measurement device without additional resistance; R d - additional resistance; r 1 and r 2 - the first and second values of the measured resistance in the first and second measurements, respectively.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solution with the prototype allows us to establish compliance with its criterion of "novelty."

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия". Signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype, are not identified in other technical solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, provide the claimed solution with the criterion of "significant differences".

На чертеже приведена структурная схема электронного омметра - устройства, иллюстрирующего реализацию предлагаемого способа на примере измерения активного сопротивления. Устройство содержит последовательно соединенные ограничительный 1 (Rогр), дополнительный 2 (Rд) резисторы, измерительный шунт 3 (Rш) и измеряемое сопротивление 4 (Rx), подключенные к источнику 5 напряжения питания (ИП) и образующие измерительную цепь. Резистор 1 ограничивает ток измерительной цепи до заданного максимального значения. Ключ 6 включен параллельно дополнительному резистору 2. К шунту 3 и сопротивлению 4 подключены соответственно входы дифференциальных усилителей 7 и 8 (ДУ1 и ДУ2), выходы которых соединены со входами устройства деления 9 (УД). На выходах усилителей 7 и 8 формируются напряжения Uш* и Ux*, а на выходе устройства деления 9 - выходной сигнал r, пропорциональный частному от деления падения напряжения Ux* на измеряемом сопротивлении 4 на падение напряжения Uш* на шунте 3. Таким образом, сигнал r пропорционален измеряемому сопротивлению 4.The drawing shows a structural diagram of an electronic ohmmeter - a device illustrating the implementation of the proposed method on the example of measuring the active resistance. The device contains a series-connected limiting 1 (R ogre ), additional 2 (R d ) resistors, a measuring shunt 3 (R W ) and a measured resistance 4 (R x ) connected to a supply voltage source 5 (IP) and forming a measuring circuit. Resistor 1 limits the current of the measuring circuit to a predetermined maximum value. The key 6 is connected in parallel with the additional resistor 2. The inputs of the differential amplifiers 7 and 8 (ДУ1 and ДУ2), the outputs of which are connected to the inputs of the division device 9 (УД), are connected to the shunt 3 and the resistance 4, respectively. At the outputs of amplifiers 7 and 8, voltages U w * and U x * are formed , and at the output of dividing device 9, an output signal r is proportional to the quotient of dividing the voltage drop U x * at the measured resistance 4 by the voltage drop U w * at shunt 3. Thus, the signal r is proportional to the measured resistance 4.

При измерении тока с определением его значения по падению напряжения на шунте 3 можно записать:
Uш = Rш•I,
где Uш - падение напряжения на шунте 3; I - ток, протекающий через измерительную цепь.
When measuring the current with determining its value by the voltage drop on the shunt 3, you can write:
U W = R W • I,
where U W - voltage drop on the shunt 3; I is the current flowing through the measuring circuit.

Падение напряжения Ux на измеряемом сопротивлении 4 равно
Ux = Rx•I.
The voltage drop U x at the measured resistance 4 is
U x = R x • I.

Решая эти уравнения относительно Rx, получаем, что измеряемое сопротивление можно определить по формуле:

Figure 00000004

Погрешности измерения падений напряжения Ux и Uш, возникающие из-за влияния аддитивных погрешностей измерителей этих падений напряжений, приводят к погрешности определения сопротивления Rx. Причем, с уменьшением измеряемых сопротивлений, а следовательно, и значений Ux погрешность резко возрастает.Solving these equations for R x , we find that the measured resistance can be determined by the formula:
Figure 00000004

Errors in measuring voltage drops U x and U W , arising due to the influence of the additive errors of the meters of these voltage drops, lead to errors in determining the resistance R x . Moreover, with a decrease in the measured resistances, and hence the values of U x, the error increases sharply.

В соответствии с предложенным способом измерение неизвестного сопротивления 4 осуществляется методом амперметра-вольтметра и выполняется в два этапа, во время которых получают два предварительных значения r1 и r2 сопротивления 4 с погрешностями, обусловленными неидеальностью каналов измерения тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении, а затем уточняют значение измеряемого сопротивления математической обработкой полученных предварительных значений.In accordance with the proposed method, the measurement of the unknown resistance 4 is carried out by the method of an ammeter-voltmeter and is performed in two stages, during which two preliminary values of r 1 and r 2 of resistance 4 are obtained with errors due to imperfect channels for measuring current and voltage drop across the measured resistance, and then specify the value of the measured resistance by mathematical processing of the obtained preliminary values.

На первом этапе измерение выполняют при замкнутом ключе 6. В этом случае истинное значение тока I1*, протекающего в измерительной цепи, равно

Figure 00000005

где E - напряжение источника 5; Rш - сопротивление шунта 3; Rогр - сопротивление ограничительного резистора 1; Rвн - внутреннее сопротивление источника 5; Rx* - истинное значение измеряемого сопротивления 4; R0 = Rш + Rогр + Rвн - внутреннее сопротивление устройства для измерения сопротивлений.At the first stage, the measurement is performed with the key 6. closed. In this case, the true value of the current I 1 * flowing in the measuring circuit is
Figure 00000005

where E is the voltage of the source 5; R W - the resistance of the shunt 3; R ogre - resistance of the limiting resistor 1; R vn is the internal resistance of source 5; R x * is the true value of the measured resistance 4; R 0 = R W + R ogre + R int - internal resistance of the device for measuring resistances.

При протекании тока I1* на шунте 3 и измеряемом сопротивлении 4 создаются падения напряжения, равные соответственно I1*•Rш и I1*•Rx*. С помощью дифференциальных усилителей 7 и 8 осуществляется преобразование тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении 4. При этом ввиду неидеальности усилителей 7 и 8 или других устройств, применяемых для измерения тока и падения напряжения, к полезным сигналам добавляется аддитивная составляющая, определяемая напряжением смещения усилителей 7 и 8, а также входных цепей устройства деления 9. Устройство 9 выполняет деление сигнала Ux* на сигнал Uш*, которые на первом этапе соответственно равны
Ux1* = (I1*•Rx* + Uсм2)•K2;
Uш1* = (I1*•Rш + Uсм1)•K1,
где Uсм1 и Uсм2 - значения напряжений смещения дифференциальных усилителей 7 и 8 и соответствующих входов устройства деления 9, приведенные ко входам соответствующих усилителей; K1 и K2 - коэффициенты усиления усилителей 7 и 8 соответственно.
When the current I 1 * flows on the shunt 3 and the measured resistance 4, voltage drops are created equal to, respectively, I 1 * • R w and I 1 * • R x * . With the help of differential amplifiers 7 and 8, current and voltage drop are measured at the measured resistance 4. In this case, due to the non-ideal amplifiers 7 and 8 or other devices used to measure current and voltage drop, an additive component determined by the bias voltage of amplifiers 7 is added to the useful signals and 8, as well as the input circuits of the division device 9. The device 9 performs the division of the signal U x * by the signal U W * , which in the first stage are respectively equal
U x1 * = (I 1 * • R x * + U cm2 ) • K 2 ;
U W1 * = (I 1 * • R W + U cm1 ) • K 1 ,
where U cm1 and U cm2 are the bias voltages of the differential amplifiers 7 and 8 and the corresponding inputs of the division device 9, reduced to the inputs of the respective amplifiers; K 1 and K 2 are the amplification factors of amplifiers 7 and 8, respectively.

При измерении сопротивлений в милли- и микроомном диапазонах, когда падение напряжения на резисторе 4 составляет единицы и доли милливольта, в составе напряжения Uсм2 существенную часть составляют также контактная и термо-эдс в контуре входной цепи усилителя 8 (резистор 4, соединительные провода и входные выводы усилителя 8).When measuring resistances and mikroomnom millimeter ranges, when the voltage drop across the resistor 4 is a few millivolts and the proportion, in the composition of the voltage U cm2 constitute a substantial part of the contact and also the thermo emf in the circuit of the input circuit of the amplifier 8 (resistor 4, connecting wires and the input amplifier leads 8).

В соответствии с изложенным, на выходе устройства деления 9 формируется сигнал r1 - результат измерения сопротивления на первом этапе - первое значение измеряемого сопротивления, которое в соответствии с (1) равно

Figure 00000006

где K3 - передаточный коэффициент устройства деления 9.In accordance with the above, at the output of the division device 9, a signal r 1 is generated - the result of measuring the resistance at the first stage - the first value of the measured resistance, which, in accordance with (1), is
Figure 00000006

where K 3 - gear ratio of the division device 9.

Для упрощения дальнейших преобразований учтем коэффициент K3 в одном из коэффициентов K1 или K2, что позволит считать далее K3 = 1.To simplify further transformations, we take into account the coefficient K 3 in one of the coefficients K 1 or K 2 , which allows us to further consider K 3 = 1.

Дробный коэффициент K1/K2 указывает, что для выражения значения r1 в омах значение напряжения Ux1* необходимо разделить на коэффициент усиления K2, а напряжения Uш1* - на K1. В соответствии с этим измеренные значения падения напряжения Ux1 на сопротивлении 4 и тока I1 равны
Ux1 = I1*•Rx* + Uсм2 = Ux1*/K2; (4)

Figure 00000007

Подставляя в (3) значение I1* из (2) после преобразования получаем:
Figure 00000008

Для наглядности пояснений перепишем выражение (6) в виде:
Figure 00000009

где γ = (R0 + Rx*)•Uсм2/(Rx*•E) - составляющая относительной погрешности измерения падения напряжения на сопротивлении 4, определяемая постоянной систематической аддитивной погрешностью измерения падения напряжения; β = (R0 + Rx*)•Uсм1/(Rш•E) - составляющая относительной погрешности измерения тока, определяемая постоянной систематической аддитивной погрешностью измерения тока.The fractional coefficient K 1 / K 2 indicates that in order to express the value of r 1 in ohms, the voltage U x1 * must be divided by the gain K 2 , and the voltage U w1 * - by K 1 . In accordance with this, the measured values of the voltage drop U x1 on the resistance 4 and current I 1 are equal
U x1 = I 1 * • R x * + U cm2 = U x1 * / K 2 ; (4)
Figure 00000007

Substituting in (3) the value of I 1 * from (2) after the conversion, we obtain:
Figure 00000008

For clarity of explanation, we rewrite expression (6) in the form:
Figure 00000009

where γ = (R 0 + R x * ) • U cm2 / (R x * • E) is the component of the relative error in measuring the voltage drop at resistance 4, determined by the constant systematic additive error in measuring the voltage drop; β = (R 0 + R x * ) • U cm1 / (R W • E) - component of the relative error of current measurement, determined by the constant systematic additive error of current measurement.

Сопротивление шунта 3 определяется при проектировании измерительного устройства, то это сопротивление всегда можно выбрать таким, чтобы падение напряжения на шунте 3 было значительно больше напряжения Uсм1. Поэтому коэффициент β ≪ 1 и, согласно методам приближенных вычислений, отношение (1+γ)/(1+β) можно заменить произведением (1+γ)•(1-β) (см. например, кн. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. Издание пятое. М.: Гос. изд. физико-математической литературы, 1961, с. 308).The resistance of the shunt 3 is determined during the design of the measuring device, then this resistance can always be chosen so that the voltage drop across the shunt 3 is much greater than the voltage U cm1 . Therefore, the coefficient β ≪ 1 and, according to approximate calculation methods, the ratio (1 + γ) / (1 + β) can be replaced by the product (1 + γ) • (1-β) (see, for example, Prince Vygodsky M.Ya. Handbook of Higher Mathematics. Fifth Edition, Moscow: State Publishing House of Physics and Mathematics, 1961, p. 308).

Выполняя указанную замену, получаем:
r1≈ R * x •(1+γ)•(1-β) = R * x •(1+γ-β-γ•β).
Так как коэффициенты γ и β малы по сравнению с единицей, то их произведением также можно пренебречь и считать, что
r1≈ R * x •(1+γ-β).
Выполняя такую замену в выражении (6), получаем:

Figure 00000010

где Rx = приближенное значение измеряемого сопротивления 4.Performing the indicated replacement, we obtain:
r 1 ≈ R * x • (1 + γ) • (1-β) = R * x • (1 + γ-β-γ • β).
Since the coefficients γ and β are small in comparison with unity, their product can also be neglected and it can be assumed that
r 1 ≈ R * x • (1 + γ-β).
Performing such a substitution in expression (6), we obtain:
Figure 00000010

where R x = approximate value of the measured resistance 4.

При изменении рабочего тока включением дополнительного резистора 2 (Rд) на втором этапе измерения ключ 6 размыкается и в измерительную цепь вводится этот резистор. Ток в измерительной цепи принимает значение I2*, равное

Figure 00000011

где Rд - сопротивление дополнительного резистора 4.When the operating current is changed by turning on the additional resistor 2 (R d ) at the second stage of measurement, the key 6 opens and this resistor is introduced into the measuring circuit. The current in the measuring circuit takes an I 2 * value equal to
Figure 00000011

where R d is the resistance of the additional resistor 4.

Выполняя преобразования, аналогичные использованным при выводе выражения (7), получаем значение выходного сигнала r2 устройства деления 9 на втором этапе измерения:

Figure 00000012

Вычитаем выражение (7) из выражения (9):
Figure 00000013

Решаем полученное равенство относительно выражения в скобках:
Figure 00000014

и подставляем в формулу (7):
Figure 00000015

Решив последнее выражение относительно Rx, окончательно получаем, что приближенное значение измеряемого сопротивления 4 можно определить по формуле:
Figure 00000016

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.Performing transformations similar to those used in the derivation of expression (7), we obtain the value of the output signal r 2 of the division device 9 at the second measurement stage:
Figure 00000012

Subtract expression (7) from expression (9):
Figure 00000013

We solve the resulting equality with respect to the expression in parentheses:
Figure 00000014

and substitute in the formula (7):
Figure 00000015

Having solved the last expression with respect to R x , we finally obtain that the approximate value of the measured resistance 4 can be determined by the formula:
Figure 00000016

A device that implements the proposed method works as follows.

На первом этапе измерения при замкнутом ключе 6 через измеряемое сопротивление 4 от источника 5 пропускается рабочий ток, создающий падения напряжения на измеряемом сопротивлении 4 и измерительном шунте 3. Дифференциальные усилители 7 и 8 формируют сигналы Ux1* и Uш1*, пропорциональные соответственно падению напряжения на измеряемом сопротивлении и протекающему через него току. После деления этих сигналов на выходе устройства деления 9 формируется сигнал r1, представляющий собой первое приближенное значение измеряемого сопротивления. Это значение запоминается. Затем на втором этапе измерения размыкается ключ 6 и в измерительную цепь включается дополнительный резистор 2, уменьшающий рабочий ток измерительной цепи. Преобразователи 7 и 8 выдают новые значения сигналов Ux2* и Uш2*, при делении которых устройство деления формирует второе приближенное значение сигнала r2. Зная внутреннее сопротивление измерительной цепи омметра R0 и сопротивление добавочного резистора Rд, по полученным значениям r1 и r2 с помощью формулы (11) находим уточненное сопротивление Rx.At the first measurement stage, with the switch 6 closed, the operating current is passed through the measured resistance 4 from the source 5, which creates a voltage drop at the measured resistance 4 and the measuring shunt 3. Differential amplifiers 7 and 8 generate signals U x1 * and U ш1 * , proportional to the voltage drop on the measured resistance and the current flowing through it. After dividing these signals at the output of the division device 9, a signal r 1 is formed , which is the first approximate value of the measured resistance. This value is remembered. Then, at the second measurement stage, the key 6 is opened and an additional resistor 2 is included in the measuring circuit, which reduces the operating current of the measuring circuit. Converters 7 and 8 give new values of the signals U x2 * and U W2 * , when dividing which the division device generates a second approximate value of the signal r 2 . Knowing the internal resistance of the measuring circuit of the ohmmeter R 0 and the resistance of the additional resistor R d , from the obtained values of r 1 and r 2 using formula (11) we find the updated resistance R x .

Предложенный способ измерения сопротивлений при использовании в качестве источника 5 генератора переменного напряжения может быть использован для измерения не только активных сопротивлений, но и полных (комплексных) сопротивлений. При этом измеряют амплитудные или действующие значения тока и падения напряжения. При использовании фазочувствительного детектора в канале измерения падения напряжения возможно измерение активной и реактивной составляющих полного сопротивления последовательной схемы замещения. При использовании фазочувствительного детектора в канале измерения тока возможно измерение активной и реактивной составляющих полного сопротивления параллельной схемы замещения. При изменении подключения входов устройства 9 деления и делении измеренного значения тока на измеренное значение падания напряжения происходит измерение электрической проводимости сопротивления 4. The proposed method for measuring resistances when using an alternating voltage generator as source 5 can be used to measure not only active resistances, but also total (complex) resistances. In this case, the amplitude or current values of the current and voltage drop are measured. When using a phase-sensitive detector in the channel for measuring the voltage drop, it is possible to measure the active and reactive components of the impedance of a series equivalent circuit. When using a phase-sensitive detector in the current measurement channel, it is possible to measure the active and reactive components of the impedance of a parallel equivalent circuit. When the connection of the inputs of the division device 9 is changed and the measured current value is divided by the measured voltage drop value, the electrical conductivity of the resistance 4 is measured.

Повышение точности измерения происходит при использовании в измерительной цепи не только активных, но и реактивных сопротивлений. Improving the measurement accuracy occurs when using in the measuring circuit not only active, but also reactance.

Для оценки эффекта, достигаемого реализацией предложенного способа, рассмотрим конкретные примеры, учитывая сопротивление соединительных проводов в составе ограничительного резистора:
Пример 1
Примем, что схема фиг. 1 имеет следующие параметры:
E = 1 В;
Rвн = 5 Ом;
Rогр = 95 Ом;
Rш = 100 Ом;
Rд = 100 Ом;
Rx* = 100 Ом;
Uсм1 = -50 мВ;
Uсм2 = +50 мВ.
To assess the effect achieved by the implementation of the proposed method, we consider specific examples, given the resistance of the connecting wires as part of the limiting resistor:
Example 1
Assume that the circuit of FIG. 1 has the following parameters:
E = 1 V;
R int = 5 ohms;
R ogre = 95 ohms;
R W = 100 Ohms;
R d = 100 Ohms;
R x * = 100 ohms;
U cm1 = -50 mV;
U cm2 = +50 mV.

На первом этапе измерения истинное значение тока в измерительной цепи I1* = 3,333333 мА. При этом измеренное значение падения напряжения на сопротивлении Rx равно I1*•Rx + Uсм2 = 283,33 мВ (т.е. определено с относительной погрешностью 15% по сравнению с истинным значением I1*•Rx = 333,33 мВ), а измеренное значение тока в измерительной цепи I1 = (I1*•Rш + Uсм1)/Rш = 3,8333 мА (определено с относительной погрешностью 15%). В результате деления получаем r1 = 73,91 Ом. При истинном сопротивлении резистора Rx = 100 Ом относительная погрешность определения сопротивления Rx составляет 26%.At the first stage of measurement, the true value of the current in the measuring circuit is I 1 * = 3.333333 mA. In this case, the measured value of the voltage drop across the resistance R x is I 1 * • R x + U cm2 = 283.33 mV (i.e., it is determined with a relative error of 15% compared to the true value I 1 * • R x = 333, 33 mV), and the measured current value in the measuring circuit is I 1 = (I 1 * • R w + U cm1 ) / R w = 3.8333 mA (determined with a relative error of 15%). As a result of the division, we obtain r 1 = 73.91 Ohms. With a true resistance of the resistor R x = 100 Ohms, the relative error in determining the resistance R x is 26%.

На втором этапе измерения истинное значение тока в измерительной цепи I2* = 2,5 мА. Измеренные значения падения напряжения и тока равны соответственно 200 мВ и 3,0 мА, а в результате деления получаем r2 = 66,67 Ом с относительной погрешностью более 30%. После преобразования предварительных значений r1 и r2 по формуле (11) получаем расчетное Rx = 95,29 Ом. В результате относительная погрешность вместо 26% стала равной 4,3%, т.е. уменьшилась в 6 раз.In the second measurement step, the true value of the current in the measuring circuit is I 2 * = 2.5 mA. The measured values of the voltage and current drops are 200 mV and 3.0 mA, respectively, and as a result of the division we get r 2 = 66.67 Ohms with a relative error of more than 30%. After converting the preliminary values of r 1 and r 2 according to the formula (11), we obtain the calculated R x = 95.29 Ohms. As a result, the relative error instead of 26% became equal to 4.3%, i.e. decreased by 6 times.

Пример 2
Примем, что схема фиг. 1 имеет следующие параметры:
E = 10 В;
Rвн = 5 Ом;
Rогр = 95 Ом;
Rш = 100 Ом;
Rд = 100 Ом;
Rx* = 0,01 Ом;
Uсм1 = +1 мВ;
Uсм2 = -100 мкВ.
Example 2
Assume that the circuit of FIG. 1 has the following parameters:
E = 10 V;
R int = 5 ohms;
R ogre = 95 ohms;
R W = 100 Ohms;
R d = 100 Ohms;
R x * = 0.01 Ohms;
U cm1 = +1 mV;
U cm2 = -100 μV.

На первом этапе измерения истинное значение тока в измерительной цепи I1* = 0,04999750 А. При этом измеренное значение падения напряжения на сопротивлении Rx равно I1*•Rx* + Uсм2 = 399,9750 мкВ (т.е. определено с относительной погрешностью около 20% по сравнению с истинным значением I1*•Rx* = 499,9750 мкВ), а измеренное значение тока с учетом сопротивления шунта 3 равно (I1*•Rш + Uсм1)/Rш = 0,05000750 мА (определено с относительной погрешностью около 0,015% по сравнению с истинным значением I1*). В результате деления по формуле (11) получаем r1 = 0,007998300 Ом. При истинном сопротивлении резистора Rx = 0,01 Ом относительная погрешность превышает 20%.At the first stage of measurement, the true value of the current in the measuring circuit is I 1 * = 0.04999750 A. The measured value of the voltage drop across the resistance R x is I 1 * • R x * + U cm2 = 399.9750 μV (i.e. defined with a relative error of about 20% compared with the true value of I 1 * • R x * = 499.9750 μV), and the measured current value taking into account the resistance of the shunt 3 is (I 1 * • R w + U cm1 ) / R w = 0.05000750 mA (determined with a relative error of about 0.015% compared to the true value of I 1 * ). As a result of the division by the formula (11), we obtain r 1 = 0.007998300 Ohms. With a true resistor resistance of R x = 0.01 Ohms, the relative error exceeds 20%.

На втором этапе измерения истинное значение тока в измерительной цепи I2* = 0,03333222 А. Измеренные значения падения напряжения и тока равны соответственно 233,3222 мкВ и 0,03334222 А, а в результате деления получаем r2 = 0,006997825 Ом с относительной погрешностью более 30%. После преобразования предварительных значений r1 и r2 по формуле (11) получаем расчетное Rx = 0,009999429 Ом. Таким образом, в результате реализации предложенного способа относительная погрешность вместо 20% (при реализации способа-прототипа) стала менее 0,006%, т.е. уменьшилась более чем в 3000 раз.At the second stage of the measurement, the true value of the current in the measuring circuit is I 2 * = 0.03333222 A. The measured values of the voltage drop and current are 233.3222 μV and 0.03334222 A, respectively, and as a result of division we get r 2 = 0.006997825 Ohms s relative error of more than 30%. After converting the preliminary values of r 1 and r 2 according to the formula (11), we obtain the calculated R x = 0.009999429 Ohm. Thus, as a result of the implementation of the proposed method, the relative error instead of 20% (when implementing the prototype method) became less than 0.006%, i.e. decreased by more than 3,000 times.

Следуем отметить, что использование предложенного способа значительно уменьшает постоянные систематические аддитивные погрешности как канала измерения падения напряжения, так и канала измерения тока. Причем наибольшую эффективность применение способа дает при измерении малых сопротивлений (Rx* << R0).It should be noted that the use of the proposed method significantly reduces the constant systematic additive errors of both the voltage drop measurement channel and the current measurement channel. Moreover, the greatest effectiveness of the application of the method gives when measuring small resistances (R x * << R 0 ).

Предложенный способ может быть применен не только в электронных омметрах, но и при измерении тока и падения напряжения с помощью отдельных приборов - амперметра (миллиамперметра) и вольтметра (милливольтметра). При этом вычисление по формуле (11) может быть выполнено, например, с помощью калькулятора. В таком случае происходит уменьшение погрешностей настройки нуля указанных приборов. The proposed method can be applied not only in electronic ohmmeters, but also in measuring current and voltage drop with the help of separate instruments - an ammeter (milliammeter) and a voltmeter (millivoltmeter). Moreover, the calculation by the formula (11) can be performed, for example, using a calculator. In this case, there is a decrease in the zero adjustment errors of these devices.

Предлагаемый способ позволяет существенно уменьшить постоянную систематическую аддитивную погрешность при измерении активных, реактивных и полных сопротивлений элементов и участков электрических цепей, а следовательно, и суммарную погрешность измерений. Для микроомметров использование данного способа позволяет производить точные измерения при уменьшенных значениях падения напряжения на измеряемых сопротивлениях, т.е. при меньших значениях тока в измерительной цепи, что повысит экономичность микроомметров и уменьшит их вес и габаритные размеры. Благодаря уменьшению порога чувствительности за счет уменьшения аддитивной погрешности нижний предел измерения микроомметров может быть уменьшен на несколько порядков без увеличения рабочего тока. The proposed method can significantly reduce the constant systematic additive error in the measurement of active, reactive and total resistances of elements and sections of electrical circuits, and therefore the total measurement error. For microohmmeters, the use of this method allows accurate measurements with reduced values of the voltage drop across the measured resistances, i.e. at lower values of current in the measuring circuit, which will increase the efficiency of microohmmeters and reduce their weight and overall dimensions. By reducing the sensitivity threshold by reducing the additive error, the lower limit of the measurement of microohmmeters can be reduced by several orders of magnitude without increasing the operating current.

Claims (1)

Способ измерения электрического сопротивления, заключающийся в том, что через измеряемое сопротивление пропускают электрический ток, выполняют первое измерение тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют первое значение сопротивления, отличающийся тем, что после первого измерения тока и падения напряжения изменяют ток через измеряемое сопротивление путем включения последовательно с измеряемым дополнительного сопротивления, выполняют первое измерение тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют второе значение сопротивления, а измеряемое сопротивление определяют по формуле
Figure 00000017

где Rо - внутренне сопротивление устройства измерения сопротивления без дополнительного сопротивления;
Rд - дополнительное сопротивление;
r1 и r2 - первое и второе значения измеряемого сопротивления при первом и втором измерениях соответственно.
The method of measuring electrical resistance, which consists in the fact that an electric current is passed through the measured resistance, the first measurement of the current and voltage drop across the measured resistance is performed, and the first resistance value is determined from their values, characterized in that after the first measurement of the current and voltage drop, the current is changed through measured resistance by switching in series with the measured additional resistance, perform the first measurement of current and voltage drop across the measured s rebellion against their values and determining a second resistance value and the measured resistance is determined by the formula
Figure 00000017

where R o is the internal resistance of the resistance measuring device without additional resistance;
R d - additional resistance;
r 1 and r 2 - the first and second values of the measured resistance in the first and second measurements, respectively.
RU98108183A 1998-04-28 1998-04-28 Process measuring electric resistance RU2137144C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98108183A RU2137144C1 (en) 1998-04-28 1998-04-28 Process measuring electric resistance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98108183A RU2137144C1 (en) 1998-04-28 1998-04-28 Process measuring electric resistance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2137144C1 true RU2137144C1 (en) 1999-09-10

Family

ID=20205426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98108183A RU2137144C1 (en) 1998-04-28 1998-04-28 Process measuring electric resistance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2137144C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Брянский Л.Н. Радиоизмерения. Методы. Средства. Погрешности. - М.: Изд-во стандартов, 19701, с. 232 - 235. Лозицкий Б.Н. и др. Электрорадиоизмерения. - М.: Энергия, 1976, с. 193 - 199. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Comparison of Multiple Methods for Obtaining P $\Omega $ Resistances With Low Uncertainties
Budovsky et al. A high-frequency thermal power comparator
JPH01191067A (en) Measuring method and circuit for ohm meter
US2659862A (en) Apparatus for electrical measurement of thickness using current ratios
CN106526499B (en) High-stability current source assessment method and system
US3434053A (en) Circuits for an electrical rms measuring instrument
RU2137144C1 (en) Process measuring electric resistance
US6803776B2 (en) Current-comparator-based four-terminal resistance bridge for power frequencies
Georgakopoulos et al. Quantum calibration system for digital voltmeters at voltages from 10 nV to 1 kV
Williams et al. Design considerations for a CCC bridge with complete digital control
Shapiro et al. A new power transfer standard, its investigation and intercomparison
Liu et al. Dual measurement of current and temperature using a single tunneling magnetoresistive sensor
Guzan et al. Improvement of the Measurement Accuracy of Resistance Standard with UNI-T UT 805 and UT 803 Multimeters
CN116125135B (en) Temperature self-compensating tunneling magneto-resistance current sensor, current measuring method and device
US6498507B1 (en) Circuit for testing an integrated circuit
US3437925A (en) Circuit for converting resistance values of unknown resistor to electrical potential signal for measurement purposes
Oe et al. Evaluation of NMIJ traveling dual source bridge using NIST adapted Wheatstone bridge
Isaiev et al. Mathematical model of high-precision reproduction of alternating current
CN218886137U (en) Calibration device of leakage current measurement module and electronic equipment
Mikhal et al. Simple methods to measure the additive error and integral nonlinearity of precision thermometric bridges
Isaiev Dual-Using an AC-DC Transfer Standard for Determining Current Difference of Precision Shunt
CN113777471B (en) Method for calibrating relative voltage offset error of measurement module
Houtzager et al. Automated Low-Ohmic Resistance Measurements at the $\mu\Omega/\Omega $ Level
Seeley et al. Automatic self-certification of a computer-controlled calibration system
US3495169A (en) Modified kelvin bridge with yoke circuit resistance for residual resistance compensation