SU1619195A1 - Устройство дл измерени отношени сопротивлений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  отношени  сопротивлений . Цель изобретени  - повышение точности измерений - достигаетс  путем исключени  вли ни  погрешностей интегратора и генератора. Выход измер емого резистора 2 соединен с первым выходом источника 6, с входом1 компаратора 5, с выводом порогового элемента 16. Второй вывод измер емого резистора соединен с выводом эта- (лонного резистора 1, вторым выводом порогового элемента 16, с входом ком (паратора 4, с входом интегратора 3, выход которого соединен с вторыми входами компараторов 5 и 4. Выходы последних сое ччены соответственно с 1-входом триггера 11 и с входом элемента ИЛИ-НЕ 13, второй вход которого соединен с вторым входом интегратора 3, выходом триггера 11, выходом 15 синхронизации устройства и с входом переноса регистра 7, выходы 14 которого  вл ютс  также выходами устройства. Выход элемента ИЛИ-НЕ 13 соединен с входом фазочувствительно- го детектора 12, второй нход которо- го соединен с Я входбм триггера 11 и с выходом элемента И 10, а выход соединен с входом генератора 8, выход которого соединен с входом счетч:-:ка 9 и с С-входом триггера 11« Выходы счетчика 9 соединены с информационными входами регистра 7, а выходы двух старших разр дов соединены с входами, элемента И 10, причем К-вход триггера 11, второй выход источника 6 и второй вывод эталонного ре исто- ра 1 соединены с общей шиной устройства . 3 ил. & 3 Ј Ј71 а

Description

10

15

20

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  определени  отношений сопротивлений резисторов и датчиков .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  отношени  двух сопротивлений путем исключени  погрешностей интегратора и генератора .

На фиг.1 показана схема устройства дл  измерени  отношени  двух сопротивлений; на фиг,2 - временные диаграммы , по сн ющие работу устройства; на фиг.З - схема фазочувствительного детектора.

Устройство дл  измерени  отношени  сопротивлений содержит эталонный 1 и измер емый 2 резисторы, интегратор 3, первый 4 и второй 5 компараторы , источник 6 посто нного тока , регистр 7, генератор 8, управл емый напр жением, счетчик 9, элемент И 10, 1К-триггер 11, фазочувствитель-25 ный детектор (ФЧД) 12, элемент ИЛЙ-НЕ 13, выходы 14 и 15, пороговый элемент 16.

Эталонный 1 и измер емый 2 резисторы соединены последовательно, один вывод эталонного резистора 1 соединен с общей шиной устройства. Точка соединени  резисторов соединена с входом интегратора 3 и с одним из входов первого компаратора 4, с вторым входом которого и с первым входом второго компаратора 5 соединен выход интегратора 3. С вторым входом второго компаратора 5 соединен выход источника посто нного тока 6, соединенный с выводом измер емого резистора 2, параллельно с которым соединен пороговый элемент 16.

Выходы первого 4 и второго 5 компараторов соединены соответственно с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 13 и с I-входом триггера 11, К-вход которого соединен с общей шиной устройст- ва, С-выход которого и вход счетчика 9 соединены с выходом генератора 8. Выход триггера 11 соединен с входом установки в нулевое состо ние интегратора 3, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 13, входом разрешени  переноса в регистр 7 и синхронизирующим выходом 15 устройства. Выходы регистра 7  вл ютс  информационными выходами 14 устройства. Выходы счетчика 9 соединены с информа30

35

40

45

50

55

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ционными входами регистра 7. Выходы двух старших разр дов счетчика 9 через элемент И 10 соединены с R-вхо- дом триггера 11 и первым входом ФЧД 12, второй .вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 13.

Генератор 8, управл емый напр жением , представл ет собой преобразователь напр жени  в частоту. ЧД 12 (фиг.З) содержит два инвертора 17 и 18, два элемента И 19 и 20, два ключа 21 и 22, резистор 23 и конденсатор 24. Первый и второй входы ФЧД  вл ютс  входами инверторов 17 и 18 и первыми входами элементов И 19 и 20 соответственно. Выходы инверторов 17 и 18 соединены с вторыми входами элементов И 20 и 19 соответственно . Выходы элементов И 19 и 20 соединены с управл ющими входами ключей соответственно 21 и 22. Через ключ 21 источник питани  соединен с выходом детектора 12. Через ключ 22 выход детектора 12 соединен с общей шиной устройства. Кроме того, выход детектора 12 соединен с общей шиной устрой. тва через резистор 23 и конденсатор 24, на котором запоминаетс  напр жение, управл ющее генератором Ч.

Устройство работает следующим образом.

На входы ФЧД 12 поступают импульсы положительной пол рности. На первый вход детектора 12 поступает единичный уровень напр жени  с выхода элемента И 10, тогда когда старшие разр ды счетчика 9, подключенные к входам элемента И 10, наход тс  в единичном состо нии. На второй вход детектора 12 поступает единичный уровень напр жений в течение возрастани  напр жени  ингтегратора 3 от нул  и до уровн  срабатывани  первого компаратора 4. В св зи с установкой- триггера 11 в нулевое состо ние импульсом с выхода элемента И 10 единицы на первом и втором входах ЧД по вл ютс  одновременна, а переход к нулевому уровню может происходить в разное врем . При этом может случитьс  так, что на первом входе детектора 12 единица прекратитс  раньше , чем на втором. Тогда открываетс  ключ 22 и на выход детектора поступает нулевое напр жение до прекращени  единицы на втором входе детектора . Конденсатор 24 во врем  наличи  нулевого напр жени  на выходе детектора разр жаетс  через резистор 23 и ключ 22.

Если единица исчезает вначале на втором входе, то открываетс  ключ 21, на выходе детектора по вл етс  1 и конденсатор 24 зар жаетс  через резистор 23 и ключ 21. Интегратор 3 собран на операционном усилителе по неинвертирующей схеме. Параллельно интегрирующему конденсатору включен разр дный ключ, управл ющий вход которого  вл етс  входом установки интегратора в нулевое состо ние .

Пороговый элемент 16 представл ет собой либо опорный диод (стабилитрон ) , либо какой-то иной элемент, который имеет динамическое сопротивление , равное бесконечности при напр жении , меньшем, чем напр жение срабатывани  этого порогового элемента , и близкое к нулю при напр жении, равном напр жению срабатывани .

U ii s -«s

1

RC

-&-

т., (О

30

35

40

Работа устройства дл  измерени  отношени  сопротивлений может быть по снена временными диаграммами работы (фиг.2). На фиг.2 приведены: а - эпюра напр жени  на выходе интегратора , б - эпюра напр жени  на выходе элемента И, в - эпюра напр жени  на вы- ходе первого компаратора, г - эпюра напр жени  на выходе элемента ИЛИ-НЕ, е - код на выходе счетчика. Счетчик 9 непрерывно подсчитывает импульсы генератора 8. В момент по влени  единиц на выходах старших разр дов счетчика 9 на выходе -элемента И 10 по вл етс  единица, котора  поступает на первый вход ЛЧД Т2. Кроме того, эта единица устанавливает в нуль триггер 11, в результате чего сброс интегратора прекращаетс  и начинает его пр мой ход, т.е. линейный рост напр жени  на выходе интегратора от нулевого значени  со скоростью, пропорциональной падению напр жени  на эталонном резисторе 1. В результа- 0 те установки триггера 11 в нуль на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 по вл етс  единица, котора  поступает на второй вход ФЧД 12.

Напр жение на выходе интегратора 3 линейно растет со временем t

45

55

25

где и„ - напр жени  на ре

зисторе 1;

RC - посто нна  времени интегратора 3; t - врем , прошедшее с момента

С0; т t - t0 .

Когда Т становитс  равным г.напр жение на выходе интегратора достигает уровн  U,

U

«1

т

иэт

RC

(с,

эт

(2)

срабатывает компаратор 4, и на втором входе ФЧД 12 единица переходит в нуль, так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 13 по вл емс  единица. Если к этому моменту нуль на выходе

элемента И 10 еще не по вилс , то на выходе детектора 12 по вл етс  единица, котора  сохран етс  до по влени  единицы на выходе элемента И 10. Это приводит к увеличению частоты генератора 8 на врем  присутстви  единицы на выходе детектора 12, а в остальное врем  к некоторому увеличению напр жени  на выходе детектора 12 в результате зар - да конденсатора 24, что вызывает небольшое увеличение частоты генератора 8 до следующего по влени  нул  или единицы на выходе детектора 12. Если к моменту очередного по влени  единицы на выходе компаратора 4 нуль уже присутствует на выходе элемента И 10, то после по влени  этого нул  на выходе детектора 12 по вл етс  нуль, что приводит к уменыпе- нию частоты генератора 8 на врем  наличи  этого нул , и к некоторому уменьшению напр жени  на выходе детектора 12 в остальное врем , Это вызывает некоторое уменьшение частоты генератора 8 до следующего срабатывани  компаратора 4 и по влени  единицы или нул  на выходе детектора 12, что происходит при различных уровн х сигнала на выходах детектора 12.

Таким образом, в установившемс  режиме частота генератора 8, управл емого напр жением, на выходе ФЧД така , что срабатывание компаратора 4 происходит одновременно с по влением нулей на выходах элемента И 10.

После момента ц .напр жение на выходе интегратора продолжает расти с прежней скоростью и к моменту

срабатывани  компаратора 5 достигает величины

1Ът

RC

Ч - со) и,т+ Ux- (3)

Срабатывание компаратора 5 вызывает по вление единицы на I-зходе триггера 11, в результате чего ближайший импульс генератору 8 устанавливает триггер 11 в единичное состо ние, что приводит к по влению положительного перепада на выходе 15 устройства и к переносу в регистр 7 состо ни  разр дов счетчика 9.

Благодар  указанной работе системы автоподстройки частоты генератора 8, котора  обеспечивает установку счетчика 9 в О в момент срабатывани  компаратора 4 (момент t, ), вы- полн етс  условие

(4)

N3T

f

где f - частота генератора; N т - число импульсов, которое

поступает в счетчик 9 за

врем  t - te . Это число посто нное и дл  счетчика

9 составл ет N91 r , где Nn - полна  емкость счетчика 9.

К моменту срабатывани  компаратора 5(гг) в счетчик 9 попадает число PL импульсов, так как в момент t счетчик 9 переполнилс  и можно записать

N

- ™ f . Ч f

(5)

эт

Из условий (4) и (5) следует

и шЈиг-Е1-..(6)

t ( - t0

Учитыва , что t - t0 RC, что следует из (2), a t- - t --, что

следует из (3), можно записать %RC

,,.f- -...,(п

Так как ближайшим импульсом генератор 8 после срабатывани  второго компаратора триггер 11 устанавливаетс  в единицу, то число Nx из счетчика 9 переноситс  в регистр 7 и поступает . на выход 14 устройства.

После установки триггера 14 в единицу в интеграторе 3 включаетс 

ключ, разр жающий его конденсатор до нул  (момент t) на временной диаграмме .

В момент по влени  единицы на выходе элемента И 10 триггер 11 вновь устанавливаетс  в нуль, и весь процесс измерени  отношени  сопротивлений повтор етс .

Из формулы (7) путем подстановки

Ux IRXS U3T БЦд., где I - ток источника 6, получим

0

5

0

45

„

Nx (К„/КЭ)« N

эт

т.е. Nx ье зависит от посто нной времени интегратора и частоты генератора 8.

При отсутствии Ry. пороговый элемент 16 обеспечивает прохождение тока по образцовому резистору 1(R9T), и система регулировани  частоты генератора 8 продолжает функционировать, поэтому при установке в устройство нового измер емого сопротивлени  Rx нужен переходной процесс установлени  частоты генератора 8. Если сопротивлени  RX, К.Д.  вл ютс  сопротивлени ми датчика , отьощение которых  вл етс  информационным параметром, и сопротивление RX не может принимать значений , близких к бесконечности, то пороговый элемент 16 может отсутствовать .

Таким образом, устройство не имеет погрешности ни от изменени  емкости интегратора, ни от изменени  частоты генератора и, следовательно , обладает большей точностью.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  отношени  сопротивлений, содержащее измер емый и эталонный резисторы, интегратор , генератор, источник посто нного тока, счетчик, два компаратора, причем вывод измер емого резистора соединен с первым выходом источника посто нного тока и с входом второго компаратора, второй вывод измер емого резистора соединен с выводом эталонного резистора, с входом первого компаратора и с входом интегратора , выход которого соединен с вторыми входами компараторов, второй выход источника посто нного тока соединен с вторым вводом эталонного резистора и с общей шиной, а выход генератора соединен со счетным

   входом счетчика, отличайте е с  тем, что, с целью повышени  точности , в него введены регистр, ж- триггер, фазочувствительный детектор элемент И, элемент ИЛИ-НЕ и пороговый элемент, причем выходы счетчика соединены с информационными входами регистра, выход IK-григгера соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ, с входом установки интегратора в начальное состо ние, с выходом синхронизации, с входом переноса в регистр,выходы которого, а также выход синхронизации  вл ютс  выходами устройства, выход элемента И соединен с R-вхо0

   дом IK-триггера и с входом фачочувст- вительного детектора, с вторым входом которого соединен выход элемента ИЛИ-НЕ, выход фазочувствительного детектора соединен с входом генератора, выход которого соединен с ОБХОДОМ 1К триггера, К-вход которого соеди- нен с общей шиной, а I-вход соеди- нен с выходом второго компаратора, , с входами элемента И соединены выходы старших разр дов счетчика, второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого компаратора, причем выводы порогового элемента соединены с рыводами измер емого резистора.

   Фт.1

   Г

   U-rrOd

   4Jnum

   12

   /У

   It

   I