RU2245557C1 - Method and device for resistance measurements - Google Patents
Method and device for resistance measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245557C1 RU2245557C1 RU2003121682/28A RU2003121682A RU2245557C1 RU 2245557 C1 RU2245557 C1 RU 2245557C1 RU 2003121682/28 A RU2003121682/28 A RU 2003121682/28A RU 2003121682 A RU2003121682 A RU 2003121682A RU 2245557 C1 RU2245557 C1 RU 2245557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- measuring
- voltage
- amplifier
- unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения малых активных сопротивлений.The invention relates to the field of electrical measurements and can be used to measure small active resistances.
Известен способ измерения величины сопротивления (ЕР №0483494), основанный на измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении, при котором поддерживается постоянный измерительный ток через измеряемое сопротивление с помощью операционного усилителя, а изменение пределов измерения производится путем подключения одного эталонного сопротивления из группы. Такой подход невозможен при измерении сопротивления индуктивного объекта, т.к. при этом интервал времени с момента включения измерительной схемы до установления стабильных показаний будет очень длительным, напряжение, создаваемое на эталонном сопротивлении, не измеряется, а для обеспечения точности измерения требуется генерация всегда известной величины тока.A known method of measuring the magnitude of the resistance (EP No. 0483494), based on measuring the voltage drop across the measured resistance, which maintains a constant measuring current through the measured resistance using an operational amplifier, and changing the measurement limits is made by connecting one reference resistance from the group. Such an approach is not possible when measuring the resistance of an inductive object, because in this case, the time interval from the moment the measuring circuit is turned on until stable readings are established will be very long, the voltage generated at the reference resistance is not measured, and generation of an always known current value is required to ensure the measurement accuracy.
Известно устройство для измерения величины сопротивления (патент ЕР №0483494), содержащее источник опорного напряжения, соединенный с операционным усилителем, который своим неинвертирующим входом соединен с одним из полюсов источника опорного напряжения, а инвертирующий вход опорного усилителя соединен с подводящим кабелем, который связан с первым вводом эталонного сопротивления, второй ввод которого соединен с землей. Выход первого операционного усилителя соединен через измеряемое сопротивление с первой узловой точкой, которая связана со вторым подводящим кабелем, представленным на схеме в виде активного сопротивления и соединенным с первым вводом эталонного сопротивления. Выход первого операционного усилителя соединен с входом схемы вычитания напряжения, второй вход которой соединен с первой узловой точкой. Схема вычитания напряжения содержит второй и третий операционные усилители и вспомогательные схемы измерения сопротивления. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя, работающий по схеме преобразования импеданса, связан со вторым входом схемы вычитания напряжения, а его инвертирующий вход - с его собственным выходом. Инвертирующий вход третьего операционного усилителя связан с первым подсоединительным вводом схемы вычитания напряжения через первый резистор и с ее выходом через второй резистор, при этом величины сопротивлений первого, второго, третьего и четвертого резисторов равны между собой.A device for measuring the magnitude of the resistance (patent EP No. 0483494), containing a reference voltage source connected to an operational amplifier, which is connected with a non-inverting input to one of the poles of the reference voltage source, and the inverting input of the reference amplifier is connected to a supply cable that is connected to the first input reference resistance, the second input of which is connected to the ground. The output of the first operational amplifier is connected through the measured resistance to the first nodal point, which is connected to the second supply cable, shown in the diagram as active resistance and connected to the first input of the reference resistance. The output of the first operational amplifier is connected to the input of the voltage subtraction circuit, the second input of which is connected to the first nodal point. The voltage subtraction circuit comprises second and third operational amplifiers and auxiliary resistance measurement circuits. The non-inverting input of the second operational amplifier, operating according to the impedance conversion circuit, is connected to the second input of the voltage subtraction circuit, and its inverting input is connected to its own output. The inverting input of the third operational amplifier is connected to the first connecting input of the voltage subtraction circuit through the first resistor and to its output through the second resistor, while the resistance values of the first, second, third, and fourth resistors are equal to each other.
Недостатком данного устройства является то, что через резисторы R1 и R2 может протекать ток в случае, если потенциалы точки А1 и точки Е1 не равны в точности между собой, и, как следствие, точно не известен ток, протекающий через измеряемое сопротивление, что сказывается на точности измерений. Кроме того, переключение пределов измерения производится при помощи набора эталонных резисторов через управляемые коммутаторы в цепи протекания измерительного тока, что может быть недопустимо при работе с индуктивными объектами.The disadvantage of this device is that current can flow through resistors R1 and R2 if the potentials of point A1 and point E1 are not exactly equal to each other, and, as a result, the current flowing through the measured resistance is not known exactly, which affects accuracy of measurements. In addition, the measurement limits are switched using a set of reference resistors through controlled switches in the circuit of the measuring current flow, which may be unacceptable when working with inductive objects.
Известен способ измерения электрического сопротивления (патент US №4698584), основанный на использовании емкостного разряда для создания высокого тока через объект измерения в течение короткого времени. При данном методе падение напряжения на эталонном сопротивлении и на неизвестном сопротивлении интегрируется аналоговым способом с последующим вычислением измеряемого сопротивления.A known method of measuring electrical resistance (US patent No. 4698584), based on the use of capacitive discharge to create high current through the measurement object for a short time. With this method, the voltage drop across the reference resistance and at an unknown resistance is integrated in an analogue manner, followed by the calculation of the measured resistance.
Данный метод применим для измерения сверхмалых сопротивлений объектов, практически не имеющих индуктивной составляющей. Формируют измерительный ток, создают первый сигнал, соответствующий величине измерительного тока, создают второй сигнал, пропорциональный величине измерительного тока и сверхмалому электрическому сопротивлению, интегрируют эти сигналы по отношению ко времени, начиная с одного и того же момента. Сравнивают первый интегрированный сигнал с опорным сигналом, имеющим заранее определенную амплитуду, прекращают интегрирование, когда сравнение первого интегрированного сигнала с опорным напряжением указывает, что интегрированный сигнал достиг заранее определенной амплитуды, а второй интегрированный сигнал имеет амплитуду, которая составляет меру сверхмалого электрического сопротивления.This method is applicable for measuring ultra-low resistances of objects that have practically no inductive component. A measuring current is generated, a first signal corresponding to the magnitude of the measuring current is created, a second signal is created proportional to the magnitude of the measuring current and ultra-low electrical resistance, these signals are integrated with respect to time, starting from the same moment. The first integrated signal is compared with a reference signal having a predetermined amplitude, integration is stopped when a comparison of the first integrated signal with a reference voltage indicates that the integrated signal has reached a predetermined amplitude, and the second integrated signal has an amplitude that is a measure of ultra-low electrical resistance.
Недостаток данного способа заключается в том, что данный метод не применим для индуктивных объектов, например трансформаторов, где при формировании кратковременного тока с помощью емкостного разряда не устанавливается стабильное, характерное для этого тока падение напряжения на измеряемой обмотке, кроме того, резкое изменение тока от значений порядка 30-20А до 0А за короткое время вызывает появление большой ЭДС самоиндукции, что может привести к повреждению оборудования и риску для обслуживающего персонала.The disadvantage of this method is that this method is not applicable for inductive objects, such as transformers, where during the formation of a short-term current using a capacitive discharge, a stable voltage drop across the measured winding characteristic of this current is not established, in addition, a sharp change in current from the values about 30-20A to 0A in a short time causes the appearance of a large emf of self-induction, which can lead to equipment damage and risk to maintenance personnel.
Известно устройство для измерения сопротивления (патент US №4698584), содержащее источник тока, включающий группу батарей, для преобразования постоянного напряжения в постоянное напряжение, для повышения амплитуды напряжения до требуемого уровня, при этом источник тока заряжает конденсатор, являющийся фактически аккумулятором электрической энергии, и резистор, имеющий сопротивление, выбранное для ограничения до определенного предела измерительного тока, выход источника тока соединен с шунтирующим резистором, соединенным через проводящий объект, имеющий сверхмалое сопротивление, которое должно быть измерено, с электронным ключом, а также ключ кнопочного типа, соединенный одним своим вводом с землей, а вторым вводом - с входом генератора импульсов, который выдает на своем выходе импульсы в ответ на замыкание ключа. Последовательность импульсов передается в схему контроля каждого измерительного цикла, выход которой соединен с изолирующей и фазосдвигающей схемой, связанной своим выходом с электронным ключом, а также с фазосдвигающей схемой, имеющей выход на схему сброса, соединенную с интегратором, входы которого соединены с вводами резистора, а выход интегратора соединен с одним из входов компаратора, второй вход которого соединен через источник напряжения с землей, выход компаратора соединен также через моностабильную схему сброса со схемой управления и через вторую моностабильную схему - с индикатором, а усилитель включает два входа, подсоединенные к объекту с измеряемым сопротивлением, а выход усилителя малых сигналов соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с компенсационным конденсатором, выход интегратора через схему сброса соединен с фазосдвигающей схемой и через переключатель - со схемой дискретизации, при этом выход фазосдвигающей схемы соединен через инвертирующую схему с переключателем, а схема дискретизации соединена с устройством индикации.A device for measuring resistance (US patent No. 4698584) is known, comprising a current source including a group of batteries for converting a constant voltage to a constant voltage, to increase the voltage amplitude to a desired level, while the current source charges a capacitor, which is actually an electric energy storage battery, and a resistor having a resistance selected to limit to a certain limit of the measuring current, the output of the current source is connected to a shunt resistor connected through a conducting th object having ultrasmall resistance, which should be measured with an electronic key, and a button type switch coupled at one input to ground and the second input - to the input of the pulse generator, which produces at its output pulses in response to the closure of a key. The pulse sequence is transmitted to the control circuit of each measuring cycle, the output of which is connected to an isolating and phase-shifting circuit connected by its output to an electronic key, as well as to a phase-shifting circuit having an output to a reset circuit connected to an integrator whose inputs are connected to the inputs of the resistor, and the output of the integrator is connected to one of the inputs of the comparator, the second input of which is connected through a voltage source to ground, the output of the comparator is also connected via a monostable reset circuit to the control circuit and through the second monostable circuit - with an indicator, and the amplifier includes two inputs connected to the object with measured resistance, and the output of the small signal amplifier is connected to the first input of the integrator, the second input of which is connected to the compensation capacitor, the integrator output is connected to the phase-shifting circuit through the reset circuit the circuit and through the switch - with the sampling circuit, while the output of the phase-shifting circuit is connected via an inverting circuit to the switch, and the sampling circuit is connected to the indicator device nation.
Данное устройство не позволяет учитывать требования объекта измерения по току и напряжению, что может привести к повреждению оборудования при работе с индуктивными объектами и повреждению “р-n” переходов при работе с полупроводниковыми элементами.This device does not allow to take into account the requirements of the measurement object in terms of current and voltage, which can lead to equipment damage when working with inductive objects and damage to “pn” junctions when working with semiconductor elements.
Известен метод измерения величины импеданса (патент GB №2166555), наиболее близкий к предлагаемому, в соответствии с которым формируют первое напряжение, прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестный импеданс, соединенный последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, масштабируют первое напряжение в соответствии с выбранным числом и получают второе напряжение, сравнивают второе напряжение с падением напряжения на неизвестном импедансе, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное первое напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном импедансе до тех пор, пока второе напряжение не будет равно с заданной точностью измеряемому, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного импеданса.A known method of measuring the value of impedance (GB patent No. 2166555), closest to the proposed, in accordance with which the first voltage is formed, apply the first voltage to a circuit containing an unknown impedance connected in series with a reference resistor, for the total current to flow through them, scale the first voltage in accordance with the selected number and get a second voltage, compare the second voltage with the voltage drop at an unknown impedance, change the value of the selected number so that lead weakened first voltage according to the voltage drop across unknown impedance as long as the second voltage is equal to a predetermined accuracy measured and used to indicate the number of the selected value of the unknown impedance.
Недостатком данного метода является то, что при этом ослаблению подвергается напряжение на участке цепи, содержащем эталонный импеданс, неизвестный импеданс и импеданс подводящих проводов, что приводит к недостаточной надежности и точности способа. При использовании данного метода обеспечивается точность 1%, что не приемлемо для метрологических измерений. Кроме того, данный метод исключает переключение пределов измерения и обеспечивает диапазон измерения от 0.01 величины эталонного импеданса до 100 величин эталонного импеданса, что далеко недостаточно для применения его на промышленных объектах, в частности при поверке трансформаторов. Кроме того, не контролируется величина тока, протекающего через объект измерения, скорость нарастания тока при включении источника напряжения, что не позволяет использовать данный метод для измерения импеданса высокоиндуктивных объектов. Также не контролируется величина тока, протекающего через подводящие провода, из-за этого невозможно обеспечить проверку работоспособности и проверку надежности подключения к объекту без вспомогательных средств. Отсутствие контроля температуры измерительной схемы приводит к недостаточной точности и надежности способа. Данный способ также обладает недостаточным быстродействием при измерении сопротивления обмоток трансформаторов из-за длительных переходных процессов, сопутствующих установлению постоянного напряжения на обмотке объекта измерения при протекающем через нее токе.The disadvantage of this method is that this attenuation undergoes voltage in the circuit section containing the reference impedance, unknown impedance and impedance of the lead wires, which leads to insufficient reliability and accuracy of the method. Using this method provides an accuracy of 1%, which is not acceptable for metrological measurements. In addition, this method eliminates the switching of measurement limits and provides a measurement range from 0.01 of the value of the reference impedance to 100 values of the reference impedance, which is far from enough for use in industrial facilities, in particular when testing transformers. In addition, the magnitude of the current flowing through the measurement object, the current rise rate when the voltage source is turned on, are not controlled, which does not allow using this method to measure the impedance of highly inductive objects. Also, the magnitude of the current flowing through the supply wires is not controlled, because of this it is impossible to provide a test of operability and verification of the reliability of connection to the object without auxiliary means. The lack of temperature control of the measuring circuit leads to insufficient accuracy and reliability of the method. This method also has insufficient speed when measuring the resistance of transformer windings due to lengthy transients associated with the establishment of a constant voltage on the winding of the measurement object with a current flowing through it.
Известно устройство для измерения импеданса (патент GB №2166555), содержащее источник напряжения, усилитель, соединенный с последовательной цепью, содержащей неизвестный и эталонный импедансы, расположенные между выходом усилителя и землей, при этом выход усилителя соединен с входом цифроаналогового преобразователя или программируемого аттенюатора, выход которого соединен с положительным входом компаратора, второй вход которого соединен через регистр последовательных приближений с отводкой между эталонным и измеряемым сопротивлениями, выход компаратора соединен с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя.A device for measuring impedance is known (GB patent No. 2166555), comprising a voltage source, an amplifier connected to a serial circuit containing unknown and reference impedances located between the output of the amplifier and ground, while the output of the amplifier is connected to the input of a digital-to-analog converter or programmable attenuator, output which is connected to the positive input of the comparator, the second input of which is connected through the register of successive approximations with a tap between the reference and measured resistances , the output of the comparator is connected to the digital inputs of the digital-to-analog converter.
Недостатками указанного способа и устройства являются следующие:The disadvantages of this method and device are as follows:
- недостаточная точность измерения, так как не контролируется температура измерительной схемы и обеспечивается точность не более 1% от измеряемой величины, что не приемлемо для метрологических измерений;- insufficient measurement accuracy, since the temperature of the measuring circuit is not controlled and the accuracy of not more than 1% of the measured value is ensured, which is not acceptable for metrological measurements;
- недостаточное быстродействие при измерении обмоток трансформаторов по причине длительных переходных процессов, сопутствующих установлению постоянного напряжения на обмотке объекта измерения при протекающем через нее токе;- insufficient performance when measuring transformer windings due to the long transient processes associated with the establishment of a constant voltage on the winding of the measurement object with a current flowing through it;
- недостаточный диапазон измерений из-за исключения переключения пределов измерения;- insufficient measurement range due to the exclusion of switching of measurement limits;
- недостаточная надежность по причине того, что в качестве опорного напряжения используется напряжение, сформированное на участке цепи, содержащем эталонный импеданс, неизвестный импеданс и импеданс подводящих проводов, а также не контролируется величина тока, протекающего через объект измерения;- insufficient reliability due to the fact that the voltage used in the circuit section containing the reference impedance, unknown impedance and impedance of the supply wires is used as the reference voltage, and the magnitude of the current flowing through the measurement object is not controlled;
- невозможность обеспечить проверку работоспособности и надежности подключения к объекту без вспомогательных средств, так как не контролируется величина тока, протекающего через подводящие провода.- the inability to verify the operability and reliability of the connection to the object without auxiliary means, since the magnitude of the current flowing through the supply wires is not controlled.
Технический результат выражается в усовершенствовании метода и устройства измерения активного сопротивления.The technical result is expressed in the improvement of the method and device for measuring active resistance.
Техническая задача, решаемая предлагаемыми вариантами способов и устройством, направлена на повышение точности измерения, повышение быстродействия, расширение диапазона измерения, повышение надежности, проверку надежности подключения объекта.The technical problem solved by the proposed methods and devices is aimed at improving the accuracy of measurement, increasing speed, expanding the measurement range, increasing reliability, checking the reliability of the connection of the object.
Для решения поставленной задачи по известному способу измерения активного сопротивления, заключающемуся в том, что прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестное сопротивление, соединенное последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, формируют опорное напряжение, формируют произведение опорного напряжения и выбранного числа, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное опорное напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном сопротивлении, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного сопротивления, согласно изобретению создают и поддерживают температуру внутри измерительного прибора в заранее заданных пределах, формируют заданный измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения, выбирают коэффициенты усиления для усилителей опорного и измерительного трактов, производят измерение смещения нуля усилителей и измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении относительно сформированного опорного напряжения, величину неизвестного активного сопротивления определяют на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения сопротивления эталонного резистора, при этом значение неизвестного сопротивления определяют по формуле:To solve the problem by the known method of measuring the active resistance, which consists in applying a first voltage to a circuit containing an unknown resistance connected in series with a reference resistor, for the total current to flow through them, form a reference voltage, form the product of the reference voltage and the selected number , change the value of the selected number so as to bring the weakened reference voltage in accordance with the voltage drop at an unknown resistance and, and use the selected number to indicate the value of the unknown resistance, according to the invention create and maintain the temperature inside the measuring device in predetermined limits, form the specified measuring current in the measuring circuit by gradually increasing it from zero to a given fixed value and then maintaining this value, choose gain factors for amplifiers of the reference and measuring paths; they measure the zero bias of the amplifiers and measure the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance relative to the generated reference voltage, the value of the unknown active resistance is determined based on the obtained value of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, the zero bias of the amplifiers and the exact value of the resistance of the reference resistor, while the value of the unknown resistance is determined by the formula:
Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2), где:Rх = (Uin2-Unl2) * K1 * Ret / ((Uin1-Unl1) * K2), where:
Rx - величина неизвестного сопротивления;Rx is the value of the unknown resistance;
Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;Uin2 - voltage measured by an analog-to-digital converter unit at an unknown resistance;
Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;Un2 - zero offset voltage of the amplifier of the measuring path at the selected gain K2;
К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;K1 is the gain of the amplifier block of the reference path;
Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;Ret is the resistance value of the reference resistor at a given operating temperature;
Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;Uin1 is the voltage measured by an analog-to-digital converter unit on a reference resistor when a measuring current flows through it;
Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;Unl1 - zero bias voltage of the amplifier of the reference path at the selected gain K1;
К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.K2 is the gain of the amplifier unit of the measuring path.
Согласно изобретению:According to the invention:
- предварительно производят измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещение нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, для определения предела измерения;- pre-measure the value of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, the zero offset of the amplifiers of the reference and measuring paths with a gain equal to unity, to determine the limit of measurement;
- все измерения осуществляют с частотой, по меньшей мере, 1 кГц.- all measurements are carried out with a frequency of at least 1 kHz.
2. Для решения поставленной задачи по известному способу измерения активного сопротивления обмотки трансформаторов, заключающемуся в том, что прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестное сопротивление, соединенное последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, формируют опорное напряжение, формируют произведение опорного напряжения и выбранного числа, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное опорное напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном сопротивлении, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного сопротивления, согласно изобретению создают и поддерживают температуру внутри измерительного прибора в заранее заданных пределах, формируют заданный измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения, на свободной обмотке трансформатора формируют последовательность импульсов подготовки измеряемой обмотки трансформатора до тех пор, пока на последней не установится постоянное падение напряжения, выбирают коэффициенты усиления для усилителей опорного и измерительного трактов, производят измерение смещения нуля усилителей и производят измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении относительно сформированного опорного напряжения, формируют нулевой измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного убывания от заданного значения до нуля, на свободной обмотке трансформатора формируют последовательность импульсов подготовки измеряемой обмотки трансформатора до тех пор, пока на последней не установится пренебрежимо малое падение напряжения, при этом величину неизвестного активного сопротивления измеряемой обмотки трансформатора определяют на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения сопротивления эталонного резистора, при этом значение неизвестного сопротивления определяют по формуле:2. To solve the problem by a known method for measuring the active resistance of a transformer winding, which consists in applying a first voltage to a circuit containing an unknown resistance connected in series with a reference resistor, for the total current to flow through them, form a reference voltage, form the product of the reference voltage and the selected number, change the value of the selected number so as to bring the weakened reference voltage in accordance with the voltage drop n unknown resistance, and the selected number is used to indicate the value of the unknown resistance, according to the invention, the temperature inside the measuring device is created and maintained within predetermined limits, a predetermined measuring current is generated in the measuring circuit by gradually rising from zero to a given fixed value, and then maintaining this value, on the free winding of the transformer form a train of pulses of preparation of the measured winding of the transformer until If a constant voltage drop is not established on the latter, gain factors for the amplifiers of the reference and measuring paths are selected, a zero bias is measured for the amplifiers and a voltage drop is measured at the reference resistor and an unknown resistance with respect to the generated reference voltage, a zero measuring current is generated in the measuring circuit by smooth decrease from the set value to zero, on the free winding of the transformer form a pulse train and the measured transformer winding until a negligible voltage drop is established on the latter, while the value of the unknown active resistance of the measured transformer winding is determined based on the obtained value of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, zero bias of the amplifiers and the exact value of the resistance of the reference resistor , while the value of the unknown resistance is determined by the formula:
Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),где:Rх = (Uin2-Unl2) * K1 * Ret / ((Uin1-Unl1) * K2), where:
Rx - величина неизвестного сопротивления;Rx is the value of the unknown resistance;
Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;Uin2 - voltage measured by an analog-to-digital converter unit at an unknown resistance;
Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;Un2 - zero offset voltage of the amplifier of the measuring path at the selected gain K2;
К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;K1 is the gain of the amplifier block of the reference path;
Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;Ret is the resistance value of the reference resistor at a given operating temperature;
Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;Uin1 is the voltage measured by an analog-to-digital converter unit on a reference resistor when a measuring current flows through it;
Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;Unl1 - zero bias voltage of the amplifier of the reference path at the selected gain K1;
К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.K2 is the gain of the amplifier unit of the measuring path.
Кроме того:Moreover:
- последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют таким образом, что произведения амплитуды и длительности импульсов составляют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, а паузы между импульсами не превышают длительности импульсов;- a sequence of pulses of preparation of the measurement object is formed in such a way that the products of the amplitude and duration of the pulses make up an alternating series whose members decrease with increasing their serial number, and the pauses between pulses do not exceed the pulse duration;
- форму последовательности импульсов подготовки объекта измерения изменяют до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении;- the shape of the pulse train of the preparation of the measurement object is changed until a time-stable voltage drop across the unknown resistance is achieved;
- последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют на нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно.- a sequence of pulses of preparation of the measurement object is formed on several free transformer windings simultaneously.
3. Для решения поставленной задачи известное устройство для определения активного сопротивления, содержащее последовательно соединенные неизвестное сопротивление и эталонный резистор, блок формирования заданного напряжения в измерительной цепи, программируемое средство масштабирования опорного напряжения, компаратор, средство индикации, согласно изобретению дополнительно снабжено дифференциальным усилителем, блоками усилителей опорного и измерительного трактов, блоком подготовки объекта измерения, блоком контроля температуры, при этом вход-выход центрального процессорного устройства соединены с входом-выходом блока контроля клавиатуры и дисплея, блока контроля температуры, блока подготовки объекта, блоков усилителей опорного и измерительного трактов, блока аналого-цифрового преобразователя, содержащего две одинаковых цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, усилителя ошибки и компаратора, при этом вход-выход каждого компаратора соединен с входом-выходом процессорного устройства, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход которого через преобразователь ток/напряжение соединен с входами сумматоров обеих цепей, а второй вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом источника опорного напряжения, который также соединен с входами сумматоров обеих цепей, а блок генератора тока содержит два генератора, выход первого генератора тока соединен с токовым вводом первого эталонного резистора, потенциальные выводы которого соединены с контролирующими входами первого генератора, один из выходов второго генератора соединен с токовым вводом второго эталонного резистора через неизвестное сопротивление, потенциальные выводы второго эталонного резистора соединены с входами второго генератора и с входами дифференциального усилителя, соединенного с усилителем опорного тракта, выход которого соединен с входом сумматора первой цепи блока аналого-цифрового преобразователя, а один из выводов неизвестного сопротивления соединен с входом блока усилителя измерительного тракта, при этом второй вывод неизвестного сопротивления соединен с общей шиной;3. To solve the problem, a known device for determining the active resistance, containing an unknown resistance in series and a reference resistor, a unit for generating a predetermined voltage in the measuring circuit, a programmable means for scaling the reference voltage, a comparator, an indication means, according to the invention is additionally equipped with a differential amplifier, amplifier units reference and measuring paths, the unit of preparation of the measurement object, the temperature control unit, In this case, the input-output of the central processing unit is connected to the input-output of the keyboard and display control unit, temperature control unit, object preparation unit, reference amplifier and measurement path amplifier blocks, analog-to-digital converter unit containing two identical circuits, each of which consists of serially connected adder, error amplifier and comparator, while the input-output of each comparator is connected to the input-output of the processor device, the digital outputs of which are connected to the current inputs of the digital-to-analog converter, the output of which is connected through the current / voltage converter to the inputs of the adders of both circuits, and the second input of the digital-to-analog converter is connected to the output of the reference voltage source, which is also connected to the inputs of the adders of both circuits, and the current generator block contains two generators, the output of the first the current generator is connected to the current input of the first reference resistor, the potential terminals of which are connected to the control inputs of the first generator, one of the output The second generator is connected to the current input of the second reference resistor through an unknown resistance, the potential terminals of the second reference resistor are connected to the inputs of the second generator and to the inputs of the differential amplifier connected to the amplifier of the reference path, the output of which is connected to the input of the adder of the first circuit of the analog-to-digital converter unit, and one of the conclusions of the unknown resistance is connected to the input of the amplifier unit of the measuring path, while the second output of the unknown resistance is connected nen common bus;
- генератор тока выполнен с возможностью контроля величины тока, протекающего через неизвестное сопротивление, с обеспечением требований параметров тока;- the current generator is configured to control the magnitude of the current flowing through an unknown resistance, with the requirements of the current parameters;
- генератор тока выполнен с возможностью плавной регулировки измерительного тока в соответствии с напряжением, измеренном на неизвестном сопротивлении;- the current generator is made with the possibility of smooth adjustment of the measuring current in accordance with the voltage measured at an unknown resistance;
- генератор тока выполнен с возможностью формирования, по меньшей мере, четырех измерительных постоянных токов, и возможностью плавного повышения тока от нуля до требуемого значения и снижения от фиксированного значения до нуля;- the current generator is configured to generate at least four measuring constant currents, and the ability to smoothly increase the current from zero to the desired value and decrease from a fixed value to zero;
- генератор тока выполнен с возможностью использования, по меньшей мере, двух генераторов тока с использованием соответственно двух эталонных резисторов, с возможностью контроля напряжения на эталонных резисторах;- the current generator is configured to use at least two current generators using, respectively, two reference resistors, with the ability to control the voltage across the reference resistors;
- генератор тока выполнен с возможностью формирования нулевого тока через один из генераторов тока и формирования тока от нуля до заданного значения через второй генератор;- the current generator is configured to generate zero current through one of the current generators and generate current from zero to a predetermined value through the second generator;
- генератор тока выполнен с возможностью использования емкостного разряда для создания кратковременного тока большой величины, величина которого может поддерживаться постоянной в течение промежутка времени, необходимого для измерения;- the current generator is configured to use a capacitive discharge to create a short-term current of large magnitude, the magnitude of which can be maintained constant during the period of time required for measurement;
- генератор тока выполнен с возможностью формирования тока в прямом и обратном направлении для учета термоЭДС;- the current generator is configured to generate current in the forward and reverse directions to take into account thermopower;
- генератор тока выполнен с возможностью подключения к токовым и потенциальным клеммам устройства и выдачи регулируемого тока через любую пару подводящих проводов с обеспечением контроля надежности подключения;- the current generator is configured to connect to the current and potential terminals of the device and to issue an adjustable current through any pair of lead wires to ensure reliable connection;
- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью формирования знакопеременной последовательности импульсов заданной формы, причем паузы между импульсами не превышают длительности импульсов;- the unit for preparing the measurement object is configured to form an alternating sequence of pulses of a given shape, and the pauses between pulses do not exceed the pulse duration;
- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью формирования последовательности импульсов во время формирования генератором тока плавно нарастающего или убывающего тока, и возможностью регулировки и изменения режима в зависимости от величины тока и режима работы генератора тока;- the unit for preparing the measurement object is configured to generate a sequence of pulses during the formation of the current generator smoothly increasing or decreasing current, and the ability to adjust and change the mode depending on the magnitude of the current and the mode of operation of the current generator;
- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью регулировки и изменения формы последовательности выдаваемых импульсов в зависимости от результата измерения;- the unit for preparing the measurement object is configured to adjust and change the shape of the sequence of issued pulses depending on the measurement result;
- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью контроля тока, протекающего через свободную обмотку объекта измерения (трансформатора);- the unit for preparing the measurement object is configured to control the current flowing through the free winding of the measurement object (transformer);
- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью подключения к нескольким свободным обмоткам трансформатора одновременно с формированием для каждой из них заданной последовательности импульсов напряжения знакопеременной полярности.- the unit for preparing the measurement object is made with the possibility of connecting to several free transformer windings simultaneously with the formation for each of them of a given sequence of voltage pulses of alternating polarity.
Создание и поддержание температуры внутри измерительного прибора в заданных пределах с помощью блока контроля температуры позволяет установить в заданных пределах рабочую температуру схемы, что обеспечивает неизменность электрических характеристик элементов схемы, в том числе эталонного резистора, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений.Creating and maintaining the temperature inside the measuring device within the specified limits using the temperature control unit allows you to set the operating temperature of the circuit within the specified limits, which ensures the invariability of the electrical characteristics of the circuit elements, including the reference resistor, which ultimately improves the accuracy of measurements.
Формирование измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения с помощью генератора тока позволяет исключить влияние переходных процессов на результат измерения, что повышает точность измерения. Кроме того, обеспечиваются требования к току, протекающему через неизвестное сопротивление, что повышает надежность способа.The formation of the measuring current in the measuring circuit by gradually increasing it from zero to a predetermined fixed value and then maintaining this value with the help of a current generator makes it possible to exclude the influence of transients on the measurement result, which increases the measurement accuracy. In addition, the requirements for current flowing through an unknown resistance are provided, which increases the reliability of the method.
Выбор коэффициентов усиления для усилителей опорного и измерительного трактов с помощью блока центрального процессорного устройства позволяет более точно отрегулировать процесс измерения и использовать блок аналого-цифрового преобразования с максимальной эффективностью, что позволяет расширить диапазон измерений и повысить точность измерения.The choice of amplification factors for amplifiers of the reference and measuring paths using the unit of the central processing unit allows you to more accurately adjust the measurement process and use the analog-to-digital conversion unit with maximum efficiency, which allows you to expand the measurement range and improve the measurement accuracy.
Измерение смещения нуля усилителей с помощью блока аналого-цифрового преобразователя позволяет учесть погрешность, вносимую усилителями, что повышает точность измерения, особенно при измерении сверхмалых сопротивлений.The measurement of the zero offset of the amplifiers using the analog-to-digital converter unit allows you to take into account the error introduced by the amplifiers, which increases the accuracy of the measurement, especially when measuring ultra low resistances.
Формирование опорного напряжения с помощью источника опорного напряжения повышает надежность осуществления способа, так как появляется возможность проводить измерения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении и смещения нуля усилителей относительно одного и того же неизменного во времени опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы. Также устраняется неопределенность результата измерения при обрыве в измерительной цепи из-за отсутствия опорного напряжения, взятого с измерительной цепи, что повышает надежность способа. Кроме того, использование независимого стабилизированного опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы, позволяет повысить точность измерения в отличие от использования для этих целей падения напряжения в измерительной цепи, которое может быть нестабильным из-за внутренних процессов в объекте измерения и наводок на подводящие провода.The formation of the reference voltage using the reference voltage source increases the reliability of the method, since it becomes possible to measure the voltage drop on the reference resistor and the unknown resistance and zero bias of the amplifiers relative to the same time-constant reference voltage generated inside the measuring circuit. It also eliminates the uncertainty of the measurement result when a break in the measuring circuit due to the lack of a reference voltage taken from the measuring circuit, which increases the reliability of the method. In addition, the use of an independent stabilized reference voltage generated inside the measuring circuit allows to increase the accuracy of the measurement in contrast to the use for this purpose of a voltage drop in the measuring circuit, which may be unstable due to internal processes in the measurement object and interference to the lead wires.
Определение величины неизвестного активного сопротивления на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения эталонного резистора при заданной рабочей температуре позволяет учесть основные факторы, влияющие на погрешность измерения, и исключить их влияние, что позволит значительно повысить точность измерения.Determining the value of the unknown active resistance on the basis of the obtained value of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, the zero bias of the amplifiers and the exact value of the reference resistor at a given operating temperature allows us to take into account the main factors affecting the measurement error and to eliminate their influence, which will significantly increase the accuracy measurements.
Предварительное измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, а также измерение смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, позволяет быстро оценить величину неизвестного сопротивления и определить предел измерения, на котором следует проводить точное измерение величины неизвестного сопротивления, что повышает быстродействие способа.Preliminary measurement of the voltage drop across the reference resistor and unknown resistance, as well as measuring the zero offset of the amplifiers of the reference and measuring paths with a gain equal to unity, allows you to quickly evaluate the value of the unknown resistance and determine the measurement limit at which to accurately measure the unknown resistance, which improves the speed of the method.
Измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей с частотой не менее 1 кГц позволяет исключить влияние низкочастотных флуктуаций измерительного тока, и, таким образом, повысить надежность предлагаемого способа. Кроме того, это позволяет проводить усреднение измеренных величин по времени или их интегрирование по времени, что повышает точность измерения.The measurement of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, the zero offset of the amplifiers with a frequency of at least 1 kHz eliminates the influence of low-frequency fluctuations of the measuring current, and, thus, increase the reliability of the proposed method. In addition, this allows the averaging of the measured values over time or their integration over time, which increases the accuracy of the measurement.
Проверка подключения к объекту с помощью генератора тока позволяет убедиться в надежности электрического контакта между подсоединительными клеммами объекта и подсоединительными проводами.Checking the connection to the object using the current generator allows you to verify the reliability of the electrical contact between the connecting terminals of the object and the connecting wires.
Согласно 2-му варианту способа:According to the 2nd variant of the method:
Создание и поддержание температуры внутри измерительного прибора в заданных пределах с помощью блока контроля температуры позволяет установить в заданных пределах рабочую температуру схемы, что обеспечивает неизменность электрических характеристик элементов схемы, в том числе эталонного резистора, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений.Creating and maintaining the temperature inside the measuring device within the specified limits using the temperature control unit allows you to set the operating temperature of the circuit within the specified limits, which ensures the invariability of the electrical characteristics of the circuit elements, including the reference resistor, which ultimately improves the accuracy of measurements.
Формирование измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения с помощью генератора тока позволяет исключить влияние переходных процессов на результат измерения, что повышает точность измерения. Кроме того, обеспечиваются требования к току, протекающему через неизвестное сопротивление (например, предельное значение рабочего тока, протекающего через обмотку трансформатора), что повышает надежность способа и безопасность эксплуатации.The formation of the measuring current in the measuring circuit by gradually increasing it from zero to a predetermined fixed value and then maintaining this value with the help of a current generator makes it possible to exclude the influence of transients on the measurement result, which increases the measurement accuracy. In addition, the requirements are provided for the current flowing through an unknown resistance (for example, the limit value of the operating current flowing through the transformer winding), which increases the reliability of the method and the safety of operation.
Формирование на свободной обмотке трансформатора последовательности импульсов подготовки объекта измерения с помощью блока подготовки объекта позволяет достичь более быстрого установления постоянного падения напряжения на неизвестном сопротивлении (обмотке), что повышает быстродействие способа.The formation on the free winding of the transformer of the sequence of pulses of the preparation of the measurement object using the preparation unit of the object allows to achieve a more rapid establishment of a constant voltage drop at an unknown resistance (winding), which increases the speed of the method.
Выбор коэффициентов усиления для усилителей опорного и измерительного трактов с помощью блока центрального процессорного устройства позволяет более точно отрегулировать процесс измерения и использовать блок аналого-цифрового преобразователя с максимальной эффективностью, что позволяет расширить диапазон измерений и повысить точность измерения.The choice of amplification factors for amplifiers of the reference and measuring paths using the unit of the central processing unit allows you to more accurately adjust the measurement process and use the unit of the analog-to-digital converter with maximum efficiency, which allows you to expand the measurement range and improve the measurement accuracy.
Измерение смещения нуля усилителей с помощью блока аналого-цифрового преобразователя позволяет учесть погрешность, вносимую усилителями, что повышает точность измерения, особенно при измерении сверхмалых сопротивлений.The measurement of the zero offset of the amplifiers using the analog-to-digital converter unit allows you to take into account the error introduced by the amplifiers, which increases the accuracy of the measurement, especially when measuring ultra low resistances.
Формирование опорного напряжения с помощью источника опорного напряжения повышает надежность способа, так как появляется возможность проводить измерения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении и смещения нуля усилителей относительно одного и того же неизменного во времени опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы. Также устраняется неопределенность результата измерения при обрыве в измерительной цепи из-за отсутствия опорного напряжения, взятого с измерительной цепи, что повышает надежность способа. Кроме того, использование независимого стабилизированного опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы, позволяет повысить точность измерения в отличие от использования для этих целей падения напряжения в измерительной цепи, которое может быть нестабильным из-за внутренних процессов в объекте измерения и наводок на подводящие провода.The formation of the reference voltage using the reference voltage source increases the reliability of the method, since it becomes possible to measure the voltage drop on the reference resistor and the unknown resistance and the zero bias of the amplifiers relative to the same time-constant reference voltage generated inside the measuring circuit. It also eliminates the uncertainty of the measurement result when a break in the measuring circuit due to the lack of a reference voltage taken from the measuring circuit, which increases the reliability of the method. In addition, the use of an independent stabilized reference voltage generated inside the measuring circuit allows to increase the accuracy of the measurement in contrast to the use for this purpose of a voltage drop in the measuring circuit, which may be unstable due to internal processes in the measurement object and interference to the lead wires.
Формирование нулевого измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного убывания от заданного значения до нуля с помощью генератора тока позволяет оставлять объект (трансформатор) в состоянии, наиболее подходящем для последующих измерений, что повышает надежность способа. При этом также обеспечивается безопасность эксплуатации при переключении пределов измерения и при отключении прибора от высокоиндуктивного объекта (трансформатора).The formation of a zero measuring current in the measuring circuit by gradually decreasing from a predetermined value to zero using a current generator allows you to leave the object (transformer) in the state most suitable for subsequent measurements, which increases the reliability of the method. At the same time, operational safety is ensured when switching the measurement limits and when disconnecting the device from a highly inductive object (transformer).
Формирование на свободной обмотке трансформатора последовательности импульсов подготовки объекта измерения до тех пор, пока на неизвестном сопротивлении (обмотке) не установится пренебрежимо малое падение напряжения с помощью блока подготовки объекта, позволяет ускорить переходные процессы, что повышает быстродействие способа.The formation on the free winding of the transformer of a sequence of pulses of preparation of the measurement object until a negligible voltage drop with the help of the preparation unit of the object is established on an unknown resistance (winding), allows you to accelerate transients, which increases the speed of the method.
Определение величины неизвестного активного сопротивления на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения эталонного резистора при заданной рабочей температуре позволяет учесть основные факторы, влияющие на погрешность измерения, и исключить их влияние, что позволит значительно повысить точность измерения.Determining the value of the unknown active resistance on the basis of the obtained value of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, the zero bias of the amplifiers and the exact value of the reference resistor at a given operating temperature allows us to take into account the main factors affecting the measurement error and to eliminate their influence, which will significantly increase the accuracy measurements.
Формирование последовательности импульсов подготовки объекта измерения с помощью блока подготовки таким образом, что произведения амплитуды и длительности импульсов составляют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, паузы между импульсами не превышают длительности импульсов, позволяет решить техническую задачу - ускорение переходных процессов.The formation of a sequence of pulses of preparation of the measurement object using the preparation unit in such a way that the products of the amplitude and duration of the pulses make up an alternating series whose members decrease with increasing their serial number, the pauses between pulses do not exceed the pulse duration allows solving the technical problem - acceleration of transients.
Изменение формы последовательности импульсов блоком подготовки объекта измерения до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении, позволяет подобрать оптимальный режим ускорения переходных процессов, что дополнительно повышает быстродействие способа.Changing the shape of the pulse sequence by the preparation unit of the measurement object until a time-stable voltage drop at an unknown resistance is achieved, allows you to select the optimal transient acceleration mode, which further increases the speed of the method.
Формирование последовательности импульсов подготовки объекта измерения на нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно при помощи блока подготовки объекта позволяет создать условия для равномерного протекания переходных процессов внутри объекта измерения (трансформатора), что обеспечивает высокую надежность способа и безопасность эксплуатации.The formation of a sequence of pulses of preparation of the measurement object on several free transformer windings simultaneously using the preparation unit of the object allows creating conditions for a uniform transient flow inside the measurement object (transformer), which ensures high reliability of the method and operational safety.
Согласно п.10 формулы.According to claim 10 of the formula.
Снабжение устройства дифференциальным усилителем позволяет измерять падение напряжения на эталонном резисторе относительно общей шины, связанной с одним из выводов неизвестного сопротивления, исключает влияние подводящих проводов на результат измерения, что позволяет повысить точность измерения. Кроме того, становится возможным измерять падение напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении с помощью одного и того же блока аналого-цифрового преобразователя, что также повышает надежность работы устройства и точность измерений.The supply of the device with a differential amplifier allows you to measure the voltage drop across the reference resistor relative to the common bus connected to one of the terminals of the unknown resistance, eliminates the influence of the supply wires on the measurement result, which allows to increase the measurement accuracy. In addition, it becomes possible to measure the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance using the same block of the analog-to-digital converter, which also increases the reliability of the device and the accuracy of the measurements.
Снабжение устройства блоками опорного и измерительного трактов позволяет точно измерить напряжение на неизвестном сопротивлении и величину измерительного тока, что значительно повышает точность измерений. Кроме того, поскольку величина измерительного тока точно измеряется через падение напряжения на эталонном резисторе, нет необходимости в сверхстабильном источнике постоянного тока, что повышает надежность работы устройства. Разделение измерений падения напряжения на эталонном резисторе с помощью блока опорного тракта и падения напряжения на неизвестном сопротивлении с помощью блока измерительного тракта позволяет повысить точность измерений, т.к. исключается влияние сопротивлений подводящих проводов.The supply of the device with blocks of the reference and measuring paths allows you to accurately measure the voltage at an unknown resistance and the magnitude of the measuring current, which significantly increases the accuracy of the measurements. In addition, since the magnitude of the measuring current is accurately measured through the voltage drop across the reference resistor, there is no need for an ultra-stable DC source, which increases the reliability of the device. The separation of the voltage drop measurements on the reference resistor using the reference path block and the voltage drop on the unknown resistance using the measuring path block allows to increase the measurement accuracy, since excludes the influence of the resistances of the lead wires.
Введение независимого источника опорного напряжения для измерения относительно сформированного им напряжения на неизвестном сопротивлении и эталонном резисторе повышает надежность и точность измерений, т.к. напряжение является внутренним и стабилизированным, не связанным с измерительными цепями, и не подвержено влиянию наводок на провода или влиянию внутренних процессов в объекте измерения, и не зависит от целостности/обрыва измерительной цепи. Снабжение устройства блоком подготовки объекта измерения обеспечивает повышение быстродействия, сокращение времени переходных процессов при измерении импеданса индуктивных объектов, например сопротивления обмоток трансформатора.The introduction of an independent reference voltage source for measuring relative to the voltage generated by it at an unknown resistance and a reference resistor increases the reliability and accuracy of measurements, since the voltage is internal and stabilized, not connected to the measuring circuits, and is not subject to the influence of pickups on the wires or to the influence of internal processes in the measurement object, and does not depend on the integrity / interruption of the measuring circuit. The supply of the device with the unit for preparing the measurement object provides an increase in speed, reduction of the transient time when measuring the impedance of inductive objects, for example, the resistance of transformer windings.
Снабжение устройства блоком контроля температуры обеспечивает повышение точности измерения за счет обеспечения неизменности электрических характеристик измерительной схемы, в частности эталонного резистора, путем поддержания постоянной температуры внутри измерительного прибора. При этом обеспечивается высокая надежность устройства при длительной эксплуатации и в условиях перепадов температур.The supply of the device with a temperature control unit improves the accuracy of the measurement by ensuring the invariance of the electrical characteristics of the measuring circuit, in particular the reference resistor, by maintaining a constant temperature inside the measuring device. This ensures high reliability of the device during long-term operation and in conditions of temperature changes.
Снабжение устройства блоком контроля клавиатуры и дисплея обеспечивает удобство снятия показаний прибора, возможность проверки работоспособности прибора и надежности подключения к объекту.Providing the device with a control unit for the keyboard and display provides the convenience of taking readings of the device, the ability to check the operability of the device and the reliability of connection to the object.
Выполнение генератора с возможностью контроля величины тока, создаваемого через неизвестное сопротивление, с обеспечением требований по току и напряжению повышает надежность работы устройства, т.к. генератор формирует ток, не превышающий допустимых объектом значений. Кроме того, обеспечивается повышение точности измерений, т.к. величина тока поддерживается постоянной во время измерения, что исключает влияние паразитных емкостей и индуктивностей объекта и подводящих проводов.The implementation of the generator with the ability to control the magnitude of the current generated through an unknown resistance, with the provision of requirements for current and voltage increases the reliability of the device, because the generator generates a current that does not exceed the values allowed by the object. In addition, it provides improved measurement accuracy, because the current value is maintained constant during the measurement, which eliminates the influence of stray capacitances and inductances of the object and supply wires.
Выполнение генератора с возможностью формирования, по меньшей мере, четырех измерительных токов обеспечивает расширение диапазона измерения при отсутствии коммутации в токовой цепи при переключении пределов измерения.The implementation of the generator with the possibility of forming at least four measuring currents provides an extension of the measurement range in the absence of switching in the current circuit when switching the measurement limits.
Формирование генератором плавно нарастающего измерительного тока обеспечивает безопасность эксплуатации при измерении активного сопротивления индуктивных объектов, т.к. на высокоиндуктивных объектах недопустимо резкое или скачкообразное изменение измерительного тока. При этом также повышается быстродействие, т.к. при плавном изменении тока время переходных процессов уменьшается на индуктивных объектах в сравнении с резким изменением тока.The formation of a smoothly rising measuring current by the generator ensures operational safety when measuring the active resistance of inductive objects, because at highly inductive objects, an abrupt or abrupt change in the measuring current is unacceptable. At the same time, performance also increases, as with a smooth change in current, the time of transients decreases at inductive objects in comparison with a sharp change in current.
Выполнение блока генератора тока, по меньшей мере, из двух генераторов с использованием двух эталонных резисторов с возможностью контроля напряжения на эталонных резисторах обеспечивает повышение точности измерения, т.к. поддерживается необходимая стабильность тока как при малых, так и при больших значениях тока.The execution of the block of the current generator of at least two generators using two reference resistors with the ability to control the voltage on the reference resistors provides improved measurement accuracy, because the necessary current stability is maintained both at small and at high current values.
Выполнение блока генератора тока с возможностью формирования нулевого тока через один генератор и формирования тока от нуля до заданного значения через второй генератор обеспечивает повышение надежности, так как позволяет подобрать величину измерительного тока с обеспечением требований объекта измерения к протекающему через него току и прикладываемому напряжению.The execution of the current generator block with the possibility of generating zero current through one generator and generating current from zero to a predetermined value through the second generator provides increased reliability, since it allows you to choose the value of the measuring current to meet the requirements of the measurement object to the current flowing through it and the applied voltage.
Выполнение генератора с возможностью использования емкостного разряда для создания кратковременного тока большой величины обеспечивает расширение диапазона измерения, т.к. при сверхмалых активных сопротивлениях на неиндуктивных объектах необходимо создание тока большой величины.The implementation of the generator with the possibility of using capacitive discharge to create short-term current of large magnitude provides an extension of the measurement range, because with ultra-low active resistances on non-inductive objects, it is necessary to create a current of large magnitude.
Выполнение генератора тока с возможностью формирования тока в прямом и обратном направлениях для учета влияния термоЭДС позволяет повысить точность измерения за счет исключения погрешности, вносимой термоЭДС.The implementation of the current generator with the ability to generate current in the forward and reverse directions to take into account the influence of thermopower allows you to increase the accuracy of the measurement by eliminating the error introduced by thermopower.
Выполнение генератора тока с возможностью подключения к токовым и потенциальным клеммам и выдачи регулируемого тока через любую пару подводящих проводов обеспечивает возможность проверки работоспособности и проверку надежности подключения к объекту.The implementation of the current generator with the ability to connect to current and potential terminals and the issuance of an adjustable current through any pair of lead wires provides the ability to test the health and reliability of the connection to the object.
Выполнение блока подготовки измерения с возможностью формирования знакопеременной последовательности импульсов заданной формы, где паузы между импульсами не превышают длительности импульсов, обеспечивает повышение быстродействия, т.к. сокращается время переходных процессов благодаря колебательному изменению намагниченности сердечника трансформатора.The execution of the unit for preparing the measurement with the possibility of forming an alternating sequence of pulses of a given shape, where the pauses between pulses do not exceed the pulse duration, provides improved performance, because transient time is reduced due to the oscillatory change in the magnetization of the transformer core.
Выполнение блока подготовки объекта измерения с возможностью формирования последовательности импульсов во время формирования генератором тока плавно нарастающего или убывающего тока и возможности регулировки и изменения режима работы генератора тока обеспечивает повышение быстродействия, т.к. при приближении величины тока, выдаваемого генератором, к заданному значению измерительного тока, намагниченность сердечника трансформатора асимптотически приближается к установившемуся значению.The implementation of the unit for preparing the measurement object with the possibility of forming a sequence of pulses during the formation of the current generator smoothly increasing or decreasing current and the ability to adjust and change the operating mode of the current generator provides improved performance, because when approaching the magnitude of the current generated by the generator to a predetermined value of the measuring current, the magnetization of the transformer core asymptotically approaches the steady-state value.
Выполнение блока подготовки измерения с возможностью регулировки и изменения формы последовательности выдаваемых импульсов до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении, обеспечивает повышение быстродействия благодаря тому, что имеется возможность подобрать оптимальный режим подготовки объекта измерения, учитывая его отклик на сформированное воздействие. Кроме того, повышается надежность устройства и точность измерений, т.к. измерения корректно проводить только тогда, когда падение напряжения на неизвестном сопротивлении стабильно во времени.The implementation of the unit for preparing the measurement with the ability to adjust and change the shape of the sequence of emitted pulses until a time-stable voltage drop across the unknown resistance is achieved, improves performance due to the fact that it is possible to choose the optimal mode of preparation of the measurement object, taking into account its response to impact formed. In addition, the reliability of the device and the accuracy of measurements are increased, because Measurements are correctly carried out only when the voltage drop at an unknown resistance is stable in time.
Выполнение блока подготовки измерения с возможностью контроля тока, протекающего через свободную обмотку трансформатора, обеспечивает повышение надежности работы устройства, т.к. ток, протекающий через свободную обмотку во время формирования последовательности импульсов подготовки объекта, не превышает допустимых значений.The implementation of the unit for preparing measurements with the ability to control the current flowing through the free winding of the transformer, improves the reliability of the device, because the current flowing through the free winding during the formation of the sequence of pulses of the preparation of the object does not exceed the permissible values.
Выполнение блока подготовки измерения с возможностью подключения к нескольким свободным обмоткам трансформатора одновременно с формированием для каждой из них последовательности импульсов напряжения знакопеременной полярности обеспечивает повышение надежности способа и безопасность эксплуатации, т.к. создаются условия для равномерного протекания переходных процессов внутри объекта измерения (трансформатора).The implementation of the unit for preparing measurements with the ability to connect to several free windings of the transformer simultaneously with the formation of a sequence of voltage pulses of alternating polarity for each of them provides an increase in the reliability of the method and operational safety, since conditions are created for a uniform course of transient processes inside the measurement object (transformer).
Предлагаемый способ измерения активных сопротивлений (1-й вариант) реализуется с помощью устройства, представленного в виде функциональной схемы.The proposed method for measuring active resistances (1st option) is implemented using a device presented in the form of a functional diagram.
На фиг.1 изображена схема устройства в целом; на фиг.2. - схема одного из вариантов исполнения блока генератора тока; на фиг.3 - схема блока усилителя опорного и измерительного трактов; на фиг.4 представлены эпюры последовательности импульсов подготовки измеряемой обмотки и соответствующее им изменение магнитного потока.Figure 1 shows a diagram of the device as a whole; figure 2. - a diagram of one embodiment of a current generator block; figure 3 - block diagram of the amplifier reference and measuring paths; figure 4 presents plots of the sequence of pulses of the preparation of the measured winding and the corresponding change in magnetic flux.
Устройство для измерения активного сопротивления содержит центральное процессорное устройство (ЦПУ) 1, один из входов-выходов которого соединен с входом-выходом блоком контроля температуры 2, входом-выходом блока подготовки объекта 3, входом-выходом блока усилителя 4 измерительного тракта, другой его вход-выход соединен с блоком контроля клавиатуры и дисплея 5, третий вход-выход центрального процессорного устройства 1 соединен с входом-выходом блока генератора тока 6, блока усилителя опорного тракта 7, входом-выходом процессорного устройства блока аналого-цифрового преобразователя 8, содержащего две одинаковых цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора 9, усилителя ошибки 10 и компаратора 11, при этом вход-выход каждого компаратора 11 соединен с входом-выходом процессорного устройства 12, один из выходов последнего соединен с входом цифроаналогового преобразователя 13, выход которого через преобразователь ток/напряжение 14 соединен с входами сумматоров 9 блока аналого-цифрового преобразователя 8, а опорный вход цифроаналогового преобразователя 13 соединен с выходом источника опорного напряжения 15, соединенного с входами сумматоров 9, вход одного из сумматоров 9 соединен также с выходом блока усилителя 7 опорного тракта, а другого - с выходом блока усилителя 4 измерительного тракта.A device for measuring active resistance contains a central processing unit (CPU) 1, one of the inputs and outputs of which is connected to the input-output by the temperature control unit 2, the input-output of the preparation unit 3, the input-output of the amplifier unit 4 of the measuring path, its other input - the output is connected to the keyboard and display control unit 5, the third input-output of the central processing unit 1 is connected to the input-output of the current generator unit 6, the amplifier block of the reference path 7, the input-output of the processor device a block of an analog-to-digital converter 8, containing two identical circuits, each of which consists of a series-connected adder 9, an error amplifier 10 and a comparator 11, while the input-output of each comparator 11 is connected to the input-output of the processor device 12, one of the outputs the latter is connected to the input of the digital-to-analog converter 13, the output of which through the current / voltage converter 14 is connected to the inputs of the adders 9 of the block of the analog-to-digital converter 8, and the reference input of the digital-to-analog converter 13 connected to the output of the reference voltage source 15 connected to the inputs of the adders 9, the input of one of the adders 9 is also connected to the output of the amplifier unit 7 of the reference path, and the other to the output of the amplifier unit 4 of the measuring path.
Блок генератора тока 6 включает: процессорное устройство 16, цифровые выходы которого соединены с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 17, опорный вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения 18, а токовый выход соединен с входом преобразователя ток/напряжение 19, выход которого соединен с основным входом формирователя смещения 20. Контролирующий вход формирователя смещения 20 соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22, первый вывод формирователя смещения 20 соединен с первым входом первого генератора 23, второй вход которого соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22. Выход первого генератора 23 соединен с токовым вводом эталонного резистора 24, потенциальные выводы которого соединены с контролирующими входами первого генератора тока 23. Второй выход формирователя смещения 20 подключен к управляемому коммутатору 25, разрешающий вход которого соединен с управляющим выходом процессорного устройства 16, а выход управляющего коммутатора 25 соединен с первым входом второго генератора тока 26, второй вход которого соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22, а контролирующие входы второго генератора 26 соединены с потенциальными выводами эталонного резистора 22. Выход второго генератора 26 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через управляемый коммутатор 27, имеющий три выхода – A1, A2, A3, через цепочку сопротивлений 28, 29 и неизвестное сопротивление 30. Выход A1 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 28, 29 и неизвестное сопротивление 30; выход A2 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 31, 30, 29; выход A3 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 32, 29. Второй вход коммутатора 27 соединен с выходом процессорного устройства 16. Выводы эталонного резистора 22 соединены с входами дифференциального усилителя 33 через управляющий коммутатор 34, выход которого подсоединен к блоку усилителя опорного тракта 7, выход последнего соединен с первым входом сумматора 9 (первая цепочка) блока аналого-цифрового преобразователя 8.The current generator unit 6 includes: a
Блоки усилителей опорного тракта 7 и измерительного тракта 4 выполнены двухкаскадными и имеют одинаковую схему.The amplifiers blocks of the supporting path 7 and the measuring
Блок усилителя измерительного тракта 4 содержит два одинаковых каскада усиления, (на фиг.3 изображен один каскад усиления).The amplifier unit of the measuring
Каскад блока усилителя 4 содержит процессорное устройство 35, цифровой выход которого соединен с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 36, опорный вход которого соединен с выходом интегратора 37, а токовый выход цифроаналогового преобразователя 36 соединен с входом преобразователя ток/напряжение 38, выход которого соединен с компенсационным входом сумматора 39, основной вход которого соединен с управляемым коммутатором 40, разрешающий вход которого соединен с управляющим выходом D5 процессорного устройства 35. Первый контакт управляемого коммутатора 40 соединен с потенциальной клеммой 41, а второй его контакт соединен с общей шиной 42. 43 - вторая потенциальная клемма. Выход сумматора 39 соединен с входом операционного усилителя 44, выход которого соединен с управляемым коммутатором 45, а выход последнего соединен с входом интегратора 37, при этом их разрешающие входы соединены с соответствующими выходами процессорного устройства 35. Выход интегратора 37 является выходом первого каскада усиления. Вход/выход процессорного устройства 35 соединен с входом/выходом ЦПУ 1. Аналогичную схему имеет второй каскад усиления, выход которого соединен с основным входом сумматора 9 блока аналого-цифрового преобразователя 8. Выход блока подготовки объекта измерения 3 соединен со свободной обмоткой объекта измерения 46 (в случае измерения активного сопротивления обмоток трансформатора).The cascade of the
Реализуется предлагаемый способ (1 вариант способа) измерения активных сопротивлений с помощью предлагаемого устройства следующим образом. Центральное процессорное устройство 1 с помощью блока контроля температуры 2 обеспечивает внутри прибора необходимую температуру, постоянно контролируя ее и поддерживая в заранее заданных пределах. Сигнал о достижении рабочей температуры измерительной схемы передается в ЦПУ 1, которое выдает команду контроллеру клавиатуры и дисплея 5 и последний отображает готовность прибора к измерениям. Оператор выбирает режим (автоматический или ручной) и в случае выбора ручного режима выбирает предел измерения неизвестного сопротивления 30, контроллер 5 передает эти данные в ЦПУ 1, которое сохраняет их и отправляет команду в блок генератора тока 6 на формирование первого заданного измерительного тока в измерительной цепи. При этом блок генератора тока 6 формирует заданный измерительный ток в цепи, содержащей эталонный резистор 22 и последовательно соединенное с ним неизвестное сопротивление 30, путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием заданного напряжения на эталонном резисторе 22. При этом блок генератора тока 6 может формировать, по меньшей мере, четыре различных величины постоянного измерительного тока Iизм1, Iизм2, Iизм3, Iизм4 в зависимости от выбранного предела измерения. Таким образом, все измерения неизвестного сопротивления будут производиться при постоянном измерительном токе, и паразитные емкости и индуктивности не будут влиять на результаты измерений.Implemented the proposed method (1 variant of the method) measuring the active resistance using the proposed device as follows. The
ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени установившийся постоянный ток либо генератор тока передает информацию об установившемся измерительном токе в цепи в ЦПУ 1. ЦПУ 1 выбирает коэффициент усиления опорного и измерительного трактов в соответствии с выбранным пределом измерения и ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления.
Блок усилителя измерительного тракта 4 подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя измерительного тракта 4 при выбранном коэффициенте усиления и переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2 и передает информацию в ЦПУ 1 о выполненной операции.The amplifier unit of the measuring
ЦПУ 1 передает в блок аналого-цифрового преобразователя 8 команду в процессорное устройство 12 на измерение сигнала от блока усилителя 4 измерительного тракта. В блоке АЦП 8 процессорное устройство 12 выставляет на своих выходах начальный двоичный цифровой код, поступающий на входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, на опорный вход которого поступает опорное напряжение, сформированное источником опорного напряжения 15. ЦАП 13 ослабляет опорное напряжение со степенью ослабления, пропорциональной двоичному цифровому коду от процессорного устройства 12. Токовый сигнал от ЦАП 13 преобразуется в сигнал напряжения в преобразователе 14, сигнал с выхода которого поступает на вход сумматора 9 второй цепи блока АЦП 8, который компенсирует Uвх2 сигналом, соответствующим ослабленному, в соответствии с цифровым кодом опорному напряжению, и выдает результирующий сигнал на вход усилителя ошибки 10 второй цепи АЦП 8, который усиливает сигнал разности между Uвx2 и ослабленным Uоп. С выхода усилителя ошибки 10 сигнал поступает на компаратор 11, где сравнивается с сигналом от общей шины 42.The
Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 с своего управляющего выхода D2 и принимает результат сравнения сигналов на свой вход В2. Если ослабленный сигнал Uon при этом превосходит Uвх2, процессорное устройство 12 подбирает следующую степень ослабления сигнала Uon с помощью двоичного цифрового кода и снова принимает на свой вход сигнал с компаратора 11. Таким образом, процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения точную меру сигнала Uвх2 в показателях Uon. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11, чтобы не создавать помех по цепям питания при последующем измерении сигнала по каналу опорного тракта.The processor device 12 enables the comparator 11 to operate from its control output D2 and receives the signal comparison result to its input B2. If the attenuated signal Uon in this case exceeds Uin2, the processor device 12 selects the next degree of attenuation of the signal Uon using a binary digital code and again receives the signal from the comparator 11. Thus, the processor device 12 selects by the method of successive approximation the exact measure of the signal Uin2 in terms of Uon. After the measurement of the signal Uvx2 is completed, the processor device 12 transmits the selected digital code to the
Затем ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя 7 опорного тракта, при этом усилитель 7 переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвх1 и передает в ЦПУ 1 данные о выполнении операции.Then, the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение Uвх1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх1 в показателях Uоп. Для этого повторяется последовательность операций, что и для Uвх2, но уже с использованием сумматора 9 первой цепи, усилителя 10 и компаратора 11 (первой цепи) соответственно. Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа и принимает результат сравнения сигнала Uвх1 с регулируемо ослабленным опорным напряжением на свой вход. После завершения измерения сигнала Uвх1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа. На этом заканчивается измерение смещения нуля усилителя опорного тракта.
После завершения измерения смещения нуля усилителей измерительного и опорного трактов ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения напряжения на неизвестном сопротивлении 30 при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 4 измерительного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к потенциальной клемме 41, и на вход блока усилителя 4 при этом поступает напряжение, установившееся на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него постоянном измерительном токе.After completing the measurement of the zero offset of the amplifiers of the measuring and reference paths, the
Сопротивление подводящих проводов 31, 32 при этом не оказывает влияния на результат измерения, т.к. в потенциальной цепи отсутствует ток. Сигнал с потенциальной клеммы 41 усиливается в усилителе 4 измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления, и усилитель 4 измерительного тракта переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвх2 и передает данные в ЦПУ 1 о сформированном сигнале.The resistance of the lead wires 31, 32 does not affect the measurement result, because there is no current in the potential circuit. The signal from the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвх2. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх2 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвх2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1. После этого ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения разности потенциалов на эталонном резисторе 22 при выбранном коэффициенте усиления.The
Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к выходу дифференциального усилителя 33. Дифференциальный усилитель 33 принимает на свои входы сигнал с потенциальных выводов эталонного резистора 22, представляющий собой падение напряжения на потенциальных выводах эталонного резистора 22 и выдает на свой выход это же падение напряжения, сформированное относительно общей шины 42. Блок усилителя 7 опорного тракта формирует на своем выходе усиленный сигнал Uвх1, соответствующий усиленному падению напряжения на эталонном резисторе 22 при протекающем через него измерительном токе Iизм. Затем усилитель 7 опорного тракта переходит в режим хранения сформированного сигнала Uвх1 и передает данные о завершении операции в ЦПУ 1.The block of the amplifier 7 of the reference path connects its input using a managed switch 34 to the output of the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвх1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх1 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвх1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1.
ЦПУ1, принимая измеренные значения Uнл1, Uвх1, Uвх2, Uвх2, вычисляет точное значение измеряемого сопротивления по формуле:CPU1, taking the measured values Un1, Uin1, Uin2, Uin2, calculates the exact value of the measured resistance by the formula:
Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),Rx = (Uin2-Unl2) * K1 * Ret / ((Uin1-Unl1) * K2),
Rx - величина неизвестного сопротивления;Rx is the value of the unknown resistance;
Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;Uin2 - voltage measured by an analog-to-digital converter unit at an unknown resistance;
Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;Un2 - zero offset voltage of the amplifier of the measuring path at the selected gain K2;
К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;K1 is the gain of the amplifier block of the reference path;
Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;Ret is the resistance value of the reference resistor at a given operating temperature;
Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;Uin1 is the voltage measured by an analog-to-digital converter unit on a reference resistor when a measuring current flows through it;
Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;Unl1 - zero bias voltage of the amplifier of the reference path at the selected gain K1;
К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.K2 is the gain of the amplifier unit of the measuring path.
ЦПУ 1 передает в контроллер клавиатуры и дисплея 5 вычисленное точное значение измеряемого сопротивления в цифровом виде, который отображает принятые данные на дисплее и делает их непосредственно доступными для чтения.The
При работе устройства в автоматическом режиме предварительно производят измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, для определения предела измерения.When the device is operating in automatic mode, the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance are pre-measured, the zero offset of the amplifiers of the reference and measuring paths with a gain equal to one, to determine the limit of measurement.
Измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов производят с частотой, по меньшей мере, 1 кГц.The measurement of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance, zero offset of the amplifiers of the reference and measuring paths is carried out with a frequency of at least 1 kHz.
Реализуется предлагаемый способ (2 вариант способа) измерения активных сопротивлений обмоток трансформаторов с помощью предлагаемого устройства следующим образом.Implemented the proposed method (method 2) measuring the active resistances of the transformer windings using the proposed device as follows.
Центральное процессорное устройство 1 с помощью блока контроля температуры 2 обеспечивает внутри прибора необходимую температуру, постоянно контролируя ее, и поддерживая в заранее заданных пределах. Сигнал о достижении рабочей температуры измерительной схемы передается в ЦПУ 1, которое выдает команду контроллеру клавиатуры и дисплея 5 и последний отображает готовность прибора к измерениям. Оператор выбирает режим (автоматический или ручной) и в случае выбора ручного режима выбирает предел измерения неизвестного сопротивления 30 обмотки трансформатора, контроллер 5 передает эти данные в ЦПУ 1, которое сохраняет их и отправляет команду в блок генератора тока 6 на формирование первого заданного измерительного тока в измерительной цепи. При этом блок генератора тока 6 формирует заданный измерительный ток в цепи, содержащей эталонный резистор 22 и последовательно соединенное с ним неизвестное сопротивление 30 путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием заданного напряжения на эталонном резисторе 22. При этом блок генератора тока 6 может формировать, по меньшей мере, четыре различных величины постоянного измерительного тока - Iизм1, Iизм2, Iизм3, Iизм4 в зависимости от выбранного предела измерения. Таким образом, все измерения неизвестного сопротивления будут производиться при постоянном измерительном токе, и паразитные емкости и индуктивности не будут влиять на результаты измерений.The
Центральное процессорное устройство 1 отправляет команду в блок подготовки объекта измерения 3, который выдает конечную последовательность импульсов напряжения знакопеременной полярности на свободную обмотку объекта измерения (трансформатора) 46. Один из вариантов последовательности импульсов подготовки измеряемой обмотки представлен на фиг.4 под литерой а, где показана зависимость напряжения с выхода блока подготовки объекта измерения во времени. В это же время через неизвестное сопротивление 30 протекает измерительный ток Iизм. Благодаря явлению индукции последовательность импульсов с блока подготовки объекта измерения 3 поступает на свободную обмотку 46 и вызывает изменение намагниченности сердечника трансформатора, что способствует быстрому установлению стабильного напряжения на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него Iизм. График изменения намагниченности сердечника трансформатора во времени изображен на фиг.4 под литерой b.The
ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени установившийся постоянный ток либо генератор тока передает информацию об установившемся измерительном токе в цепи в ЦПУ 1. ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени окончание выдачи блоком подготовки объекта измерения 3 последовательности импульсов, либо блок подготовки объекта измерения передает информацию об окончании выдачи последовательности импульсов в ЦПУ 1. ЦПУ 1 выбирает коэффициент усиления для блоков усилителей опорного и измерительного трактов в соответствии с выбранным пределом измерения и ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления.
Блок усилителя измерительного тракта 4 подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя измерительного тракта 4 при выбранном коэффициенте усиления и переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2 и передает информацию в ЦПУ 1 о выполненной операции.The amplifier unit of the measuring
ЦПУ 1 передает в блок аналого-цифрового преобразователя 8 команду в процессорное устройство 12 на измерение сигнала от блока усилителя 4 измерительного тракта. В блоке АЦП 8 процессорное устройство 12 выставляет на своих выходах начальный двоичный цифровой код, поступающий на выходы цифро-аналогового преобразователя (ЦДЛ) 13, на опорный вход которого поступает опорное напряжение, сформированное источником опорного напряжения 15. ЦАП 13 ослабляет опорное напряжение со степенью ослабления, пропорциональной двоичному цифровому коду от процессорного устройства 12. Токовый сигнал от ЦАП 13 преобразуется в сигнал напряжения в преобразователе 14, сигнал с выхода которого поступает на вход сумматора 9 второй цепи блока АЦП 8, который компенсирует Uвx2 сигналом, соответствующим ослабленному, в соответствии с цифровым кодом опорному напряжению, и выдает результирующий сигнал на вход усилителя ошибки 10 второй цепи АЦП 8, который усиливает сигнал разности между Uвx2 и ослабленным Uоп. С выхода усилителя ошибки 10 сигнал поступает на компаратор 11, где сравнивается с сигналом от общей шины 42.The
Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 с своего управляющего выхода D2 и принимает результат сравнения сигналов на свой вход В2. Если ослабленный сигнал Uоп при этом превосходит Uвx2, процессорное устройство 12 подбирает следующую степень ослабления сигнала Uоп с помощью двоичного цифрового кода, и снова принимает на свой вход сигнал с компаратора 11. Таким образом, процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения точную меру сигнала Uвx2 в показателях Uon. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11, чтобы не создавать помех по цепям питания при последующем измерении сигнала по каналу опорного тракта.The processor device 12 enables the comparator 11 to operate from its control output D2 and receives the signal comparison result to its input B2. If the attenuated signal Uop in this case exceeds Uvx2, the processor device 12 selects the next degree of attenuation of the signal Uop using a binary digital code, and again receives the signal from the comparator 11. Thus, the processor device 12 selects by the method of successive approximation the exact measure of the signal Uв2 in Uon performance. After the measurement of the signal Uvx2 is completed, the processor device 12 transmits the selected digital code to the
Затем ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя 7 опорного тракта, при этом усилитель 7 переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx1 и передает в ЦПУ 1 данные о выполнении операции.Then, the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение Uвx1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx1 в показателях Uon. Для этого повторяется последовательность операций, что и для Uвx2, но уже с использованием сумматора 9 первой цепи, усилителя 10 и компаратора 11 (первой цепи) соответственно. Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа и принимает результат сравнения сигнала Uвx1 с регулируемо ослабленным опорным напряжением на свой вход. После завершения измерения сигнала Uвx1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа. На этом заканчивается измерение смещения нуля усилителя опорного тракта.
После завершения измерения смещения нуля усилителей измерительного и опорного трактов ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения напряжения на неизвестном сопротивлении обмотки трансформатора 30 при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 4 измерительного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к потенциальной клемме 41, и на вход блока усилителя 4 при этом поступает напряжение, установившееся на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него постоянном измерительном токе. Сопротивление подводящих проводов 31, 32 при этом не оказывает влияния на результат измерения, т.к. в потенциальной цепи отсутствует ток. Сигнал с потенциальной клеммы 41 усиливается в усилителе 4 измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления, и усилитель 4 измерительного тракта переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2, и передает данные в ЦПУ 1 о сформированном сигнале.After completing the measurement of the zero bias of the amplifiers of the measuring and reference paths, the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвx2. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx2 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1. После этого ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения разности потенциалов на эталонном резисторе 22 при выбранном коэффициенте усиления.The
Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к выходу дифференциального усилителя 33. Дифференциальный усилитель 33 принимает на свои входы сигнал с потенциальных выводов эталонного резистора 22, представляющий собой падение напряжения на потенциальных выводах эталонного резистора 22 и выдает на свой выход это же падение напряжения, сформированное относительно общей шины 42. Блок усилителя 7 опорного тракта формирует на своем выходе усиленный сигнал Uвx1, соответствующий усиленному падению напряжения на эталонном резисторе 22 при протекающем через него измерительном токе Iизм. Затем усилитель 7 опорного тракта переходит в режим хранения сформированного сигнала Uвx1 и передает данные о выполнении операции в ЦПУ 1.The block of the amplifier 7 of the reference path connects its input using a managed switch 34 to the output of the
ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвx1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx1 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвx1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1.The
ЦПУ1, принимая измеренные значения Uнл1, Uвх1, Uвх2, Uвх2, вычисляет точное значение измеряемого сопротивления по формуле:CPU1, taking the measured values Un1, Uin1, Uin2, Uin2, calculates the exact value of the measured resistance by the formula:
Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),Rx = (Uin2-Unl2) * K1 * Ret / ((Uin1-Unl1) * K2),
Rx - величина неизвестного сопротивления;Rx is the value of the unknown resistance;
Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении Rх;Uin2 - voltage measured by an analog-to-digital converter unit at an unknown resistance Rx;
Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;Un2 - zero offset voltage of the amplifier of the measuring path at the selected gain K2;
К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;K1 is the gain of the amplifier block of the reference path;
Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;Ret is the resistance value of the reference resistor at a given operating temperature;
Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;Uin1 is the voltage measured by an analog-to-digital converter unit on a reference resistor when a measuring current flows through it;
Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;Unl1 - zero bias voltage of the amplifier of the reference path at the selected gain K1;
К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.K2 is the gain of the amplifier unit of the measuring path.
ЦПУ 1 передает в контроллер клавиатуры и дисплея 5 вычисленное точное значение измеряемого сопротивления в цифровом виде, который отображает принятые данные на дисплее и делает их непосредственно доступными для чтения.The
Завершается работа измерительной схемы следующим образом.The work of the measuring circuit as follows.
По команде ЦПУ 1 блок генератора тока 6 устанавливает нулевой ток в измерительной цепи, плавно изменяя его от исходного значения до нуля, блок подготовки объекта измерения 3 выдает на свои клеммы конечную последовательность импульсов. На свободной обмотке трансформатора 46 формируется напряжение в соответствии с последовательностью импульсов подготовки объекта измерения. При этом происходит изменение намагниченности сердечника трансформатора, устанавливается намагниченность, соответствующая току, равному нулю.At the command of the
При работе устройства в автоматическом режиме конечную последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют таким образом, что величины произведений амплитуды и длительности импульсов образуют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, а паузы между импульсами не превышают их длительности.When the device operates in automatic mode, the final sequence of pulses of preparation of the measurement object is formed in such a way that the values of the products of the amplitude and duration of the pulses form an alternating series, the members of which decrease with increasing serial number, and the pauses between pulses do not exceed their duration.
При работе устройства в автоматическом режиме подготовку объекта измерения ведут путем формирования конечной знакопеременной последовательности импульсов напряжения, которую подают на свободную обмотку объекта измерения. Когда постоянный измерительный ток установлен и выдача последовательности импульсов подготовки объекта завершена, производят серию измерений значений падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при выбранном коэффициенте усиления. По результатам измерений определяют, установилось ли постоянное, неизменное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении Rx. Если падение напряжения изменяется во времени, то подготовку объекта измерения производят повторно, при этом форму последовательности импульсов подготовки объекта измерения изменяют до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении Rx.When the device is in automatic mode, the preparation of the measurement object is carried out by forming a finite alternating sequence of voltage pulses, which is fed to the free winding of the measurement object. When the constant measuring current is set and the output of the pulse train of the preparation of the object is completed, a series of measurements of the voltage drop across the reference resistor and the unknown resistance is made, the zero offset of the amplifiers of the reference and measuring paths at the selected gain. According to the measurement results, it is determined whether a constant, unchanged in time voltage drop across an unknown resistance Rx is established. If the voltage drop varies over time, then the preparation of the measurement object is repeated, and the pulse train of the preparation of the measurement object is changed until a time-stable voltage drop at the unknown resistance Rx is achieved.
При работе устройства в автоматическом режиме последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют на одной свободной обмотке трансформатора или нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно.When the device is operating in automatic mode, the pulse train of the preparation of the measurement object is formed on one free transformer winding or several free transformer windings simultaneously.
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121682/28A RU2245557C1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | Method and device for resistance measurements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121682/28A RU2245557C1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | Method and device for resistance measurements |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003121682A RU2003121682A (en) | 2005-01-10 |
RU2245557C1 true RU2245557C1 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=34881705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003121682/28A RU2245557C1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | Method and device for resistance measurements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2245557C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562749C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Temperature control interface module |
RU2677786C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-01-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Temperature meter and method of measurement |
RU2690515C1 (en) * | 2018-06-04 | 2019-06-04 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Cable condition monitoring device |
-
2003
- 2003-07-14 RU RU2003121682/28A patent/RU2245557C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562749C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Temperature control interface module |
RU2677786C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-01-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Temperature meter and method of measurement |
RU2690515C1 (en) * | 2018-06-04 | 2019-06-04 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Cable condition monitoring device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003121682A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101865986B (en) | System and method for checking error of high-voltage electric energy measurement device | |
KR850000486B1 (en) | Data acquisition system | |
US4829239A (en) | Multimeter | |
WO1983002162A1 (en) | Insulation analyzer apparatus and method of use | |
RU2245557C1 (en) | Method and device for resistance measurements | |
Cutkosky | An ac resistance thermometer bridge | |
CN114062764B (en) | Direct-current small-current measurement system and method based on standard current | |
JP2007315981A (en) | Measuring device and inspection device | |
CN207937587U (en) | A kind of detection device and detecting system of electric mutual inductor | |
Shapiro et al. | A new power transfer standard, its investigation and intercomparison | |
JP2004132797A (en) | Method and apparatus for measuring internal impedance of storage battery | |
US20200292597A1 (en) | Three-Phase Power Meter | |
JP4040908B2 (en) | Impedance measuring device | |
So et al. | A new current-comparator-based high-voltage low-power-factor wattmeter | |
SU1737363A1 (en) | Method of testing the electric networks insulation resistance | |
CN108241138B (en) | Detection device and detection system of electronic transformer | |
JP3805478B2 (en) | Method and apparatus for measuring equivalent series resistance of capacitive element | |
CA2366531C (en) | Apparatus and method for electrical measurements on conductors | |
CN107144711A (en) | A kind of signal generator and handheld digital pulse and electric current tester | |
RU2425388C1 (en) | Insulation resistance meter | |
JPH0641174Y2 (en) | Voltage-current measuring device | |
KR20100051263A (en) | Phase angle error measurement apparatus of instrument current transformer using pulse counting and measurement method thereof | |
CN100425998C (en) | Method for testing single board capacitance | |
SU535840A1 (en) | Digital megohmmeter | |
JPH01240890A (en) | Equipment for electrical prospecting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080715 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100620 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190715 |