RU2279685C2

RU2279685C2 - Measurer of small resistances

Info

Publication number: RU2279685C2
Application number: RU2003135260/28A
Authority: RU
Inventors: нский Михаил Ефимович Бород (RU); Михаил Ефимович Бородянский; нский Иль Михайлович Бород (RU); Илья Михайлович Бородянский; Валентин Гаврилович Галау (RU); Валентин Гаврилович Галау; Валерий Павлович Наумкин (RU); Валерий Павлович Наумкин; Игорь Феодосьевич Сурженко (RU); Игорь Феодосьевич Сурженко; хтин Сергей Александрович Шл (RU); Сергей Александрович Шляхтин
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2006-07-10

Abstract

FIELD: the invention refers to electric measuring technique , particularly to automated controlling arrangements and may be used for controlling of the parameters of explosive cartridges.

SUBSTANCE: it is used for after operations control of quality of electric contact welding , quality control of sectional electrical contacts in multiampere current conductors and in other cases when it is necessary to measure small values of resistance. The essence of the invention is in that in quality of text signal an alternate current is used and the signal received from the measured resistance in the shape of alternate voltage proportionate to resistance is filtered, rectified and transformed into a digital equivalent.

EFFECT: decreases errors of drifting of "zero" and interferences in the measuring chain.

2 dwg

Description

Измеритель малых сопротивлений относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным устройствам контроля, и может быть использован для контроля параметров пиропатронов, для послеоперационного контроля качества электроконтактной сварки, контроля качества разборных электрических контактов в многоамперных токопроводах и в других случаях, когда требуется измерение малых величин сопротивлений.The low resistance meter relates to electrical engineering, in particular to automated control devices, and can be used to control the parameters of the squibs, for postoperative quality control of electrical welding, quality control of collapsible electrical contacts in multi-ampere current conductors and in other cases when measurement of small resistance values is required .

Известно устройство измерения малых сопротивлений (патент №2099722, опубл. 20.12.1997 г.). Оно содержит усилитель постоянного напряжения, цифровой индикатор, токовые и потенциальные зажимы для подключения измеряемого сопротивления, блок управления, последовательно соединенные источник опорного напряжения, аналоговый ключ и стабилизатор тока, аналоговый переключатель и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, регистровое запоминающее устройство и цифровой вычитатель.A known device for measuring low resistances (patent No. 2099722, publ. 12/20/1997). It contains a constant voltage amplifier, a digital indicator, current and potential clamps for connecting the measured resistance, a control unit, a reference voltage source connected in series, an analog switch and a current stabilizer, an analog switch and an analog-to-digital converter, a register memory and a digital subtractor connected in series.

Недостатком устройства является то, что оно имеет большое время измерения и сложно по технической реализации.The disadvantage of this device is that it has a long measurement time and is difficult to implement.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является измеритель малых сопротивлений (патент №2173858, опубл. 20.09. 2001 г.). Он содержит источник стабилизированного тока, аналого-цифровой преобразователь, переключатель направления тока, цифровой индикатор, а также два токовых и два потенциальных зажима для подключения измеряемого сопротивления, прецизионный аналого-цифровой преобразователь, контроллер и шунт.The closest in technical essence to the claimed object is a low resistance meter (patent No. 2173858, publ. 20.09. 2001). It contains a stabilized current source, an analog-to-digital converter, a current direction switch, a digital indicator, as well as two current and two potential clamps for connecting the measured resistance, a precision analog-to-digital converter, a controller, and a shunt.

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет большую инерционность, низкую чувствительность, особенно при наличии помех, и содержит в своем составе функционально сложные узлы.The disadvantage of this device is that it has a large inertia, low sensitivity, especially in the presence of interference, and contains functionally complex nodes.

Задачей заявляемого изобретения является создание быстродействующего помехоустойчивого устройства для измерения малых сопротивлений. Это достигается путем реконфигурации измеряемой цепи таким образом, что измерения ведутся на частоте, существенно отличной от частоты помех создаваемых влияющими факторами (промышленная частота сети, температурные и временные дрейфы и др.).The task of the invention is to provide a high-speed noise-immunity device for measuring low resistances. This is achieved by reconfiguring the measured circuit in such a way that the measurements are carried out at a frequency that is significantly different from the frequency of interference caused by influencing factors (industrial frequency of the network, temperature and time drifts, etc.).

Суть изобретения заключается в том, что в качестве тестового сигнала используется переменный ток, а сигнал, получаемый с измеряемого сопротивления в виде переменного напряжения, пропорционального сопротивлению, фильтруется, выпрямляется и преобразуется в цифровой эквивалент.The essence of the invention lies in the fact that an alternating current is used as a test signal, and the signal received from the measured resistance in the form of an alternating voltage proportional to the resistance is filtered, rectified and converted into a digital equivalent.

Технический результат достигается за счет применения в устройстве генератора переменного сигнала, фильтра и выпрямителя, что обеспечивает существенное снижение погрешностей от дрейфов "нуля" и помех в измерительной цепи.The technical result is achieved through the use of an alternating signal generator, filter and rectifier in the device, which provides a significant reduction in errors from zero drifts and interference in the measuring circuit.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено моделирование процессов измерения и уже разработан и опробован макет устройства.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the fact that the authors conducted a simulation of the measurement processes and have already developed and tested the device layout.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, а на фиг.2 - пример реализации генератора переменного тока и схемы усиления сигнала с измеряемого сопротивления.Figure 1 shows the structural diagram of the device, and figure 2 is an example implementation of an alternating current generator and a signal amplification circuit with a measured resistance.

В состав структурной схемы (фиг.1) входят следующие блоки:The composition of the structural diagram (figure 1) includes the following blocks:

1 - генератор Г1 переменного напряжения,1 - alternating voltage generator G1,

2 - преобразователь П2 напряжения в ток,2 - Converter P2 voltage to current,

3 - токовые ТЗ 3 зажимы,3 - current TK 3 clamps,

4 - потенциальные ПЗ 4 зажимы,4 - potential PZ 4 clamps,

5 - измеряемое сопротивление R5,5 - measured resistance R5,

6 - усилитель У6 переменного напряжения,6 - amplifier U6 AC voltage

7 - полосовой фильтр ПФ7,7 - band-pass filter PF7,

8 - выпрямитель В8,8 - rectifier B8,

9 - сглаживающий фильтр СФ9,9 - smoothing filter SF9,

10 - аналого-цифровой преобразователь АЦП10,10 - analog-to-digital converter ADC10,

11 - цифровой индикатор ЦИ11,11 - digital indicator TsI11,

12 - блок управления (синхронизатор) БУ12.12 - control unit (synchronizer) BU12.

Выход генератора Г1 через преобразователь П2 подключен к зажимам ТЗ 3 измеряемого сопротивления R5, к зажимам ПЗ 4 которого подключены входы усилителя У6. Выход усилителя У6 через фильтр ПФ7 соединен со входом выпрямителя В8, выход которого через фильтр СФ9 подключен ко входу АЦП10, выход которого соединен со входом индикатора ЦИ11. Выходы блока БУ12 подключены к соответствующим входам генератора Г1, АЦП10 и ЦИ11.The output of the generator G1 through the P2 converter is connected to the terminals TK 3 of the measured resistance R5, to the terminals of the PZ 4 of which the inputs of the amplifier U6 are connected. The output of the amplifier U6 through the filter PF7 is connected to the input of the rectifier B8, the output of which through the filter SF9 is connected to the input of the ADC10, the output of which is connected to the input of the indicator TsI11. The outputs of the BU12 block are connected to the corresponding inputs of the generator G1, ADC10 and TsI11.

В состав схемы (фиг.2) входят следующие блоки:The structure of the circuit (figure 2) includes the following blocks:

13 - генератор переменного напряжения,13 - alternating voltage generator,

14 - весовой резистор R,14 - weight resistor R,

15 - дифференциальный усилитель У15,15 - differential amplifier U15,

16 - измеряемый резистор R16,16 - measured resistor R16,

17 - токовые зажимы,17 - current clamps,

18 - потенциальные зажимы,18 - potential clamps,

19 и 20 - разделительные конденсаторы С1 и С2 соответственно,19 and 20 are isolation capacitors C1 and C2, respectively,

21 - усилитель переменного напряжения У21,21 - AC voltage amplifier U21,

22 и 23 - входные сопротивления усилителя У21, R22 и R23 соответственно.22 and 23 - input impedance of the amplifier U21, R22 and R23, respectively.

Переменный ток i, который протекает через измерительный резистор R16, определяется по формуле:The alternating current i that flows through the measuring resistor R16 is determined by the formula:

где U₁₃ - выходное напряжение генратора Г13.where U ₁₃ is the output voltage of the G13 generator.

А напряжение U₂₁ на входе усилителя У21 определяется по формуле:And the voltage U ₂₁ at the input of the amplifier U21 is determined by the formula:

Где R₁₆ величина сопротивления измеряемого резистора. При этом для минимизации погрешности измерения разделительные конденсаторы С1 и С2 выбираются из условий, которые легко выполняются:Where R ₁₆ is the resistance value of the measured resistor. Moreover, to minimize the measurement error, the isolation capacitors C1 and C2 are selected from conditions that are easily satisfied:

Xc≫R₂₂(R₂₃)≫R₁₆,Xc≫R ₂₂ (R ₂₃ ) ≫R ₁₆ ,

где Х_с - комплексное сопротивление конденсатора равно

where X _with - the complex resistance of the capacitor is

f - частота на которой производятся измкеренияf - frequency at which measurements are made

Устройство (см. фиг.1) работает следующим образом. В исходном состоянии к измеряемому сопротивлению подключаются токовые ТЗ 3 и потенциальные ПЗ 4 зажимы и блок управления БУ12 запускает генератор Г1. Переменное напряжение с выхода генератора Г1 преобразуется в переменный измерительный ток (1), который создает падение напряжения на измеряемом сопротивлении R5, пропорциональное величине сопротивления R₂₂. С потенциальных зажимов сигнал поступает на вход усилителя У6. Он его усиливает до уровня, при котором погрешности дальнейшего преобразования будут составлять допустимую величину. Сигнал с выхода усилителя У6 фильтруется полосовым фильтром ПФ7, нижняя F1 и верхняя F2 граничные частоты, которого выбираются из условий заданного коэффициента К_р подавления помех, имеющих частоту F_p. При этом для фильтра первого порядка должны быть выдержаны следующие соотношения:The device (see figure 1) works as follows. In the initial state, current TK 3 and potential PZ 4 clamps are connected to the measured resistance and the control unit BU12 starts the generator G1. The alternating voltage from the output of the generator G1 is converted into an alternating measuring current (1), which creates a voltage drop at the measured resistance R5, proportional to the value of the resistance R ₂₂ . From potential clamps, the signal is fed to the input of the amplifier U6. He strengthens it to a level at which the errors of further conversion will be an acceptable value. The signal from the output of amplifier U6 is filtered by a PF7 band-pass filter, the lower F1 and upper F2 cutoff frequencies, which are selected from the conditions for a given interference suppression coefficient K _p having a frequency F _p . In this case, for the first-order filter, the following relationships should be maintained:

F1/F_p>К_р, когда помеха низкочастотная, иF1 / F _p > K _p when the interference is low-frequency, and

F_p/F2>К_р, когда помеха высокочастотная.F _p / F2> K _p when the interference is high frequency.

Сигнал с выхода фильтра выпрямляется на выпрямителе В8 и сглаживается на фильтре СФ9. После этого АЦП преобразует его в число, пропорциональное измеряемому сопротивлению. Блок управления синхронизирует с высокой частотой работу АЦП10 и цифрового индикатора ЦИ11, на котором периодически обновляются результаты измерений.The signal from the output of the filter is rectified on the rectifier B8 and smoothed on the filter SF9. After that, the ADC converts it into a number proportional to the measured resistance. The control unit synchronizes the operation of the ADC10 and the digital indicator TsI11 with a high frequency, on which the measurement results are periodically updated.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высоким быстродействием измерять с высокой точностью малые сопротивления в тяжелых климатических условиях и при высоких уровнях электромагнитных помех.Thus, the proposed device allows with high speed to measure with high accuracy small resistance in severe climatic conditions and at high levels of electromagnetic interference.

Claims

A low resistance meter containing an analog-to-digital converter, the output of which is connected to a digital indicator, current and potential terminals for connecting the measured resistance and a control unit, the first and second inputs of which are connected to the control inputs of the analog-to-digital converter and digital indicator, respectively, characterized in that an AC amplifier, a bandpass filter, a rectifier, a smoothing filter, a voltage-to-current converter, and an alternator voltage, the output of which through the voltage-to-current converter is connected via current clamps to the measured resistance, which is connected through potential clamps to the input of an AC amplifier, the output of which is connected through a bandpass filter to the input of the rectifier, the output of which is connected via a smoothing filter to the second input of the analog-digital converter, and the third output of the control unit is connected to the second input of the voltage generator.