SU1104440A1 - Способ измерени сопротивлений и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  сопротивлений путем преобразовани  измер емого сопротивлени  в пропорциональный ьременной интервал, в котором формируют ТОК, интегрируют его, о т л и ч а ют и и с   тем, ЧТО, с целью расширени  диапазона и повышени  точности измерени , формируют напр жение, пропорциональное току, суммируют erq с напр жением, пропорциональным интегральному значению тока, и результирующее напр жение сравнивгиот с опорным напр жением, причем ток формируют пропорциональным суммарномус значению измер емого и образцового сопротивлений. «Л 4 4;

Description

2. Устройство дл  осуществлени  способа по п, 1, содержащее регулирующий элемент, переключатель, компаратор , подключенный первым входом к первому входу интегрирующего элемента , источники опорного и измерительного напр жений, клеммы дл  подключени  измер емого объекта, одна из которых соединена с первым выходом источника питани , отличаю щеес  тем, что в него введены образцовое сопротивление, датчик напр жени , усилитель обратной св зи и ключ, при этом один из выводов образцового сопротивлени  подключен к другой клемме дл  подключени  измер  мого сопротивлени , а другой вывод к одному из в-ходов регулирующего эле мента и к первому входу усилител  об ратной св зи, выход которого подключен к второму входу регулирующего элемента а второй вход - к источнику измерительного напр жени , выход регулирующего элемента через переключатель подключен к первым выводам ключа, интегрирующего элемента и первому компаратору, второй вход которого подключен к источнику опорного напр жени , а третий вывод переключател  подключен к вторым выводам ключа и интегрирующего элемента, а через датчик напр жени  - к второму выводу источника питани , причем управл ющие выводы- переключател  и ключа подключены к входу- устройства, выходом которого  вл етс  выходом компаратора .

Изобретение относитс  к электроизмерени м и может быть использован в системах автоматического измерени h контрол  активного сопротивлени . Известен способ измерени -сопротивлени , основанный на преобразова нии измер емого сопротивлени  в пос-го нное напр жение, которое преобразуетс  во временно-й интервал, а затем в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 1. Недостатком способа  вл етс  слож ность аппаратурной реализации, кото ра  возрастает с уменьшением диапаз на сопротивлени . Это обусловлено-те что при измерении малых сопротивлений (единицы ом) приходитс  преобра зовывать весьма малые падени  напр  жени  (единицы милливольт), что представл ет определенную -техническую трудность. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  сопротивлени , основанный на преобразовании измер емого сопротивлени  во временной интервал, путем зар да эталонного конденсатора током, пропорциональным измер емому сопротивлению Г2 Недостатком известного способа  вл етс  ограниченный диапазон измерени  сопротивлений в.области малых значений, так как при уменьшении измер емых сопротивлений возрастает ток в измер емом объекте, что в р де случаев недопустимо. При этом увеличиваетс  скорость зар да конденсатора и, следовательно, погрешность измерени  за счет конечного бы стродействи  как сравнивающего блока (компаратора), так и регулирующето элемента. При измерении сопротивлений пор дка 0,1-10 Ом резко уменьшаетс  падение напр жени  на измер емом сопротивлении, что делает практически невозможным измерение из-за дрейфа параметров регулирующего элемента. Кроме результат измерени  вли ют паразитные реактивные составл ющие измер емой цепи, так как ток в измер емой цепи устанавливаетс  в процессе измерени . Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  сопротивлений , содержащее регулирующий элемент, вход которого через датчик (измер емое сопротивление) подключен к корпусу и к одному из выводов первого , резистора (источника измерительного напр жени ), другой вывод которого св зан с управл ющим входом регулирующего элемента, а через диод с одним выводом второго резистора, выход регулирующего элемента подключен к первому входу компаратора, к которому через конденсатор (интегрируюц й элемент) подключен выход источника питани , двухпозиционный ключ и дополнительный резистор (источник опорного напр жени ), включенный между выходом источника питани  и другим выводом второго резистора, причем каждый из двух выводов последнего св зан с соответствующим входом ключа ,, выход которого соединен со вторым входом компаратора, а управл ющий вход ключа подключен к выходу сравниг вающего элемента 2. - Недостатками известного устройства  вл ютс  ограниченный диапазон измерени  сопротивлений в области малых значений из-за большой погрешности измерени , вызванной резким уменьшением падени  напр жени  на измер емом сопротивлении, а также конечным быстродействием компаратора и регули рующего элемента; вли ние на результат измерени  паразитных реактивных составл юйшх (емкостей и индуктивностей ) в и-змер емой цепи (датчике) , так как ток в ней устанавливаетс  в момент начала преобразовани ; значительное увеличение аппаратурных затрат при увеличении числа кЬнтролируё мых датчиков сопротивлени , так как на каждый датчик требуетс  регулирую щий элемент и резистор. В противном случае на результат измерени  большо вли ние оказывает сопротивление подвод щих проводов. Цель изобретени  - расширение диа пазона измерени  в области низкоом-. ных сопротивлений и повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем что при способе измерени  сопротивле ний путем преобразовани  и-змер емого сопротивлени  в пропорциональный вре менной интервал, в котором формируют ток и интегрируют его, формируют напр жение , пропорциональное току, сум мируют его с напр жением, пропорциональным интегральному значению тока, и результирующее напр жение сравнивают с опорным напр жением, причем ток формируют пропорциональным суммарному значению измер емого и образцового сопротивлений. Кроме того, в устройство дл  осущ ствлени  способа, содержащее регулирующий элемент, переключатель, компаратор , подключенный первым входом к первому входу интегрирующего элемента , источники опорного и измерительного напр жений, клеммы дл  подключени  измер емого объекта, одна из которых соединена с первым выходом источника питани , введены образцовое сопротивление, датчик напр  жени , усилитель обратной св зи и ключ, при этом один из выводов образцового сопротивлени  подключен к другой клемме дл  подключени  измер  мого сопротивлени , а другой вывод к одному из входов регулирующего элемента и к первому входу усилител  обратной св зи, выход которого подклю чен к второму входу регулирующего эл мента, а второй вход - к источнику- и мерительного напр жени , выход регулирующего элемента через переключатель подключен к- первым выводам ключа , интегрирующего элемента и первому входу компаратора, второй вход ко торого подключен к источнику опорного напр жени , а третий вывод переключател  подключен к вторым выводам ключа и интегрирующего элемента, а через датчик напр жени  - к второму ыводу источника питани , причем упавл ющие выводы переключател  и ключа подключены к входу устрой .п-за, выходом которого  вл етс  выход комаратора . На чертеже приведена структурна  схема устро11ства дл  осуществлени  предлагаемого способа. Устройство содержит измер емое сопротивление 1, сопротивление 2 подвод щих проводов, образцовое сопротивление 3, регулирующий элемент 4, усилитель 5 обратной св зи, источник 6 измерительного напр жени , переключатель 7, ключ 8, интегрирующий элемент 9, датчик 10 напр жени , источник И опорного напр жени , компаратор 12, источник 13 питани , паразитную емкость 14г входную клемму 15 устройства, клеммы 16 и 17 подключени  измер емой цепи, выходную клемму 18 устройства. При этом источник 13 питани  через последовательно соединенные клеммы 16 и 17 дл  подключени  измер емой цепи и образцовое сопротивление 3 подключен к входам регулирующего элемента 4 и усилител  5 обратной св зи, выход которого подключен к второму входу регулирую- щего элемента 4, выход которого через переключатель 7 подключен к одному из выводов интегрирующего элемента 9, одному из выводов ключа 8 и одному из входов компаратора 12, к второму входукоторого подключен источник 11 опорного напр жени , при этом второй выход переключател  7 подключен к другому выводу ключа 8, другому выводу интегрирующего элемента 9 и через датчик 10 напр жени  к второму выводу источника 13 питани , причем .управл ющие входы переключател . 7 и ключа 8 подключены к входной клемме 15, а к второму входу усилител  5 обратной св зи подключен источник 6 измерительного напр жени . Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии ключ 8 замкнут и шунтирует интегрирующий элемент 9, напр жение на нем равно нулю. К клеммам 16 и 17 устройства через сопротивление 2 подвод щих проводов подключаетс  измер емое сопротивление 1. Через измер емое сопротивление 1; сопротивление 2 подвод щих проводов , образцовое сопротивление 3, регулирующий элемент 4, переключатель 7, датчик 10 напр жени  и источник 13 питани  протекает ток измерительное напр жение ис где Ug RX точника 6; измер емое сопротивление;

г - сопротивление подвод щих проводов;

RO - образцовое сопротивление. Усилитель 5 обратной св зи измен ет сопротивление регулирующего элемента 4 таким образом, что суммарное напр жение на сопротивлени х 1-3 поддерживаетс  посто нным и равным напр жению U(, источника б независимо от величины измер емого сопротивлени 

Рх

При R О ток достигает максимального значени 

..--f-V

Сопротивление датчика 10 напр жени  определ етс  по формуле где и - напр жение источника 11 С учетом формулы (2) R, 2ой.(г + R ), -п На датчике 10 формируетс  напр ние Ug, пропорциональное току 1х с RCV I X в момент t на входную клемму устройства поступает команда нача измерени , по которой разь«лкаетс  ключ 8, переключаетс  переключател 7, в результате чего выход регули рующего элемента 4 подключаетс  ч интегрирующий элемент 9 к датчику напр жени  и начинаетс  процесс и тегрировани  тока 1 интегрируюиш элементом 9. Так как до момента t ток через интегрирующий элемент 9 и ключ 8 не протекает, то ост точное напр жение на элементе 9 .равно нулю. В момент tj равенства суммарног напр жени  на датчике 10 напр жени и интегрирующем элементе 9 напр же нию Upp источника 11 компаратор 12 выдае сигнал. Длительность импульса с момента t до момента tj равна t t,-t, -: с, (6) где С - величина емкости интегриру щего элемента 9. С учетом формулы (5) и - R ). t а- X I

Подставив в формулу (7) ВЕлреокени  (1) и (4), получим

(R.+R) U(r. .R),

cg(R -r+Ro-r-Re),, (8)

Из формулы (8) видно, что длительность импульса t, формируема  устройством с момента t до момента t , пр мо пропорциональна величине R

(9)

t k R, где k с - const, коэффициент о пропорциональности. Из формулы (8) видно, что длительность импульса t зависит от соотношени  напр жений Uj,n и Up не зависит от их абсолютной величины. Из этого следует, что если источники оп UQ построить в виде резистивных делителей, подключенных к источнику 13 питани , то результат измерени  (длительность t, ) не будет зависеть от напр жени  питани . Таким образом, измер   длитель-- ность t импульса с учетом коэффициента пропорциональности, можно определить величину R)(. При R О напр жение U на датчике 10 равно напр жению ,„ источника 11. В результате этого суммарное напр жение на датчике 10 и интегрирующем элементе 9 в момент t-, равно напр жению Ugr; и компаратор 12 сразу выдает сигнал. При этом длительность импульса t равна нулю. Введение образцового сопротивлени  3 позвол ет ограничить ток, протекающий в устройстве при R 0. При этом удаетс  увеличить напр жение , которое необходимо поддерживать на входе регулирующего элемента 4, благодар  чему снижаютс  требовани  к стабильности параметров усилител  5 и регулирующего элемента 4 и повышаетс  точность измерени . Например, при измерительном токе равном 10 мА и измер емом сопротивлении RX 0,1-1 Ом без сопротивлени  3 напр жение на входе элемента 4 необходимо поддерживать на уровне 1-10 МБ, при этом дрейф напр жени  смещени  усилител  5 равный 1 мВ, увеличивает погрешность измерени  сопротивлени  на 1,0 м на 10%, а сопротивление 0,1 м до 1001, т.е. делает невозможным измерение 0,1 Ом. При величине сопротивлени  3, капример , 10 Ом, измерительном токе Ю мА и сопротивлении RK - 0,1-1 Ом на входе элемента 4 необходимо поддерживать напр жение на уровне 100110 мВ, при этом дрейф напр жени  смещени  усилител  5, равный 1 мВ, увеличивает погрешность измерени  до 1%. Таким образом, нестабильность параметров усилител  5 и регулирующего элемента 4 в предлагаемом устройстве вли ет на погрешность измерени  сопротивлений в меньшей степени. Введение датчика 10 напр жени  по вол ет учесть вли ние на результат и мерени  как образцового сопротивлени 3, так и сопротивлени  2 подвод щих проводов. При МНОГОКаНсШЬНОЙ СИСТеме измерени  подвод щие провода долж ны быть прокалиброваны. Так как до по влени  команды начала измерени  на клемме 16 устройства выход регулирующего элемента 4 через переключатель 7 и датчик 10 напр жени  подключен к источнику 13 питани , то переходной процесс при подключении измер емой цепи с паразитной емкостью 14 протекает быстро Isa счет малого переходного сопротивлеки  цепи зар да. В момент tf по влени  команды начала из(«рени  в измер емой цепи переходный процесс отсутствует , так как напр жение на ней поддерживаетс  посто нным. Благодар  . этому устройство обладает высоким быстродействием и полным отсутствием вли ни  паразитных реактивностей на результат измерени . Предложенный способ измерени  сопротивлении и устройство дл  его осу ществлени  позвол ют расширить диапазон измерени  сопротивлений в области низкоомных сопротивлений за счет увеличени  измерительного напр жени  без увеличени  тока, протекающего через измер емое сопротивление , при этом падение напр жени  на измер емом сопротивлении не измер етс  . Повышаетс  точность измерений за счет компенсации вли ни  сопротивлени  подвод щих проводов и активного сопротивлени  элементов устройства, на результат измерени . Увеличиваетс  скорость измерений за счет исключени  вли ни  паразитных реактивных составл ющих на результат измерени  и большой скорости переходного процесса в момент подключени  измер емой цепи. Упрощаетс  аппаратурна  реализаци  за счет снижени  требований к измерительному усилителю и отсутствию отдельного аналого-цифрового преобразовател . Технико-экономический эффект применени  предлагаемого устройства заключаетс  в том, что повышаетс  точность измерени  сопротивлений, особенно в области малых значений, а также значительно (в 10-50 раз) уменьшаетс  врем , затрачиваемое на измерение сопротивлени  . Благодар  указанным преимуществам изобретение повышает эффективность автоматических систем измерени  сопротивлений и сокращает врем  испытаний объектрв контрол .

Claims (1)

1. сопротивления в пропорциональный ьременной интервал, в котором формируют ток, интегрируют его, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерения, формируют напряжение, пропорциональное току, суммируют erq с напряжением, пропорциональным интегральному значению тока, и результирующее напряжение сравнивают с опорным напряжением, причем ток формируют пропорциональным 'суммарному^' значению измеряемого и образцового сопротивлений.'