SU1659899A1 - Устройство дл измерени сопротивлений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  высокоомных сопротивлений. Цель изобретени  - повышение быстродействи , достигаемое за счет форсировани  переходного процесса в измерительной линии. При установке переключател  20 в исходное положение через нормально замкнутый контакт 21 переключател  20 на второй вход компаратора 13 подключаетс  опорное напр жение, поступающее с источника 15 питани  через делитель напр жени , образованного резисторами 5-7. Через нормально замкнутый контакт 22 переключател  20 третий вход интегратора 9, образованный дифференциальным усилителем 10,резистором 11 и конденсатором 12, подключаетс  к второму выводу датчика 4 напр жени , а через нормально замкнутый контакт 23 переключател  20 четвертый вход интегратора 9 подключаетс  к первому выводу датчика 4 напр жени , сопротивление которого за- шунтировано низкоомным резистором 2 форсировани  переходного процесса через ключ 19. Ключ 14 находитс  в замкнутом состо нии. Измер емый резистор 1 подключаетс  к клеммам 16 и 17. По команде начала измерени , поступающего на вход 18 управлени , ключи 14 и 19 размыкаютс . После окончани  форсированного зар да монтажной емкости, осуществл ющегос  через резистор 2 и образцовое сопротивление 3, на входах дифференциального усилител  8 устанавливаютс  одинаковые напр жени . Переключатель 20 содержит также вход 24 управлени , 2 ил. Ё О ел ю 00 ю о

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  высокоомных сопротивлений.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  за счет форсировани  переходного процесса в измерительной линии .

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл  измерени  сопротивлений; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Усторойство дл  измерени  сопротивлений содержит измер емое сопротивление (резистор) 1, четвертый резистор 2 (форсировани  переходного процесса), об- разцовое сопротивление (резистор) 3, датчик 4 напр жени , третий, второй и первый резисторы 5-7, образующие делитель дл  получени  измерительного и опорного напр жений , дифференциальный усилитель 8, интегратор 9, содержащий дифференциальный усилитель 10, резистор 11 и конденсатор 12, компаратор 13, ключ 14, источник 15 питани , клеммы 16 и 17 дл  подключени  измер емого сопротивлени , вход 18 управ- лени . Устройство дл  измерени  сопротив- лений содержит также ключ 19, переключатель 20 с контактными группами 21-23, вход 24 управлени  переключателем 20. Первый вывод источника 15 питани  че- рез последовательно соединенные резисторы 7 и 6 соединен с первым выводом резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход дифференциального усилител  8 через последовательно соединенные датчик 4 напр жени , образцовый резистор 3 и измер емое сопротивление 1 соединен с общей шиной. Первый вывод измер емого сопротивлени  1 соединен с клеммой 16, второй вывод с клеммой 17. Выход дифференциального усилител  8 соединен также с вторым входом переключател  20 и вторым выводом резистора 2 форсировани  переходного процесса, первый вывод которого через размыкающие контакты ключа 19 соединен с вторым выводом датчика 4, третьим входом переключател  20 и инвертирующим входом дифференциального усилител  8, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистора б, первый вывод которого соединен с первым входом переключател  20, четвертый вход которого соединен с общей шиной,

Первый и второй выходы ключа 14 сое- динены соответственно с первым и вторым входами интегратора 9, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами переключател  20, первый выход которого соединен с

вторым входом компаратора 13, первый вход которого соединен с выходом интегратора 9. Управл ющий вход ключа 19 соединен с управл ющим входом ключа 14 и входом 18 управлени . Второй вход компаратора 13 соединен с подвижным контактом контактной группы 21 переключател  20, размыкающий контакт группы 22 соединен с первым выводом резистора 6, замыкающий контакт группы 21 соединен с общей шиной, третий вход интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител  10 и с подвижным контактом контактной группы 22 переключател  20, размыкающий контакт группы 22 соединен с замыкающим контактом 23 и первым выводом датчика 4 напр жеи , замыкающий контакт группы 22 соединен с размыкающим контактом группы 23 и вторым выводом датчика 4 напр жени , подвижный контакт группы 23 соединен с четвертым входом интегратора 9, который через резистор 11 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилител  10, первым выводом конденсатора 12 интегратора 9 и первым входом интегратора 9, второй вывод конденсатора 12 интегратора 9 соединен с вторым входом интегратора 9 и с выходом дифференциального усилител  10,  вл ющимс  выходом интегратора 9. Второй вывод источника 15 питани  соединен с общей шиной.

Устройство дл  измерени  сопротивлений работает следующим образом.

Измерение низкоомных сопротивлений производитс  при установке переключател  20 в исходное положение, при этом через размыкающий контакт группы 21 переключател  20 на второй вход компаратора 13 подключаетс  опорное напр жение U0n, через размыкающий контакт группы 22 третий вход интегратора 9 подключаетс  к второму выводу датчика 4, а через размыкающий контакт группы 23 четвертый вход интегратора 9 подключаетс  к первому выводу дат- чика 4. Сопротивление датчика 4 зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19. Ключ 14 находитс  в замкнутом состо нии, коэффициент передачи интегратора 9 равен единице и на его выходе устанавливаетс  напр жение, равное сумме напр жений измерительного Uo (падени  напр жени  на резисторе 5) и напр жени  Уд, которое падает на датчике 4 напр жени , шунтированном резистором 2.

Измер емый резистор 1 (Rx) подключаетс  к клеммам 16 и 17 устройства.

Выходное напр жение дифференциального усилител  8 обеспечивает равенство напр жений на его входах, при этом по измерительной цепи (через резистор Rx) протекает ток

I - U°t

Rx+2r + Ro u;

где Uo - измерительное напр жение;

RX - сопротивление измер емого резистора 1;

г - сопротивление подвод щих проводов;

RO - сопротивление образцового резистора 3.

В момент ti (фиг. 2) на вход 18 управлени  поступает команда начала измерени , по которой ключи 14 и 19 размыкаютс .

Размыкание ключа 19 отключает резистор 2 от датчика 4 напр жени , в результате чего сопротивление цепи между выводами датчика 4 напр жени  возрастает до величины Рд. Дл  поддержани  измери- тельного тока х на прежнем уровне выходное напр жение дифференциального усилител  8 скачком увеличиваетс , что приводит к соответствующему увеличению напр жени  ид на датчике 4 напр жени . Одновременно начинаетс  процесс интегрировани  падени  напр жени  на датчике 4 напр жени , которое пропорционально току 1Х. Напр жение на выходе интегратора 9 начинает линейно увеличиватьс  от своего исходного значени . Компаратор 13 осуществл ет равнение выходного напр жени  интегратора 9 и напр жени  Uon и в момент t2 их равенства измен ет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства.

Врем  tx от момента п до момента t2 определ етс  формулой

. { Лп V .О

ЦГ Р (2

U °

где Rg Сур1 - 1 ) (2г + RO) - сопротивление датчика 4 напр жени ;

Тинт посто нна  времени интегратора9;

itл

Кпр (ТГ О В гинп - Const .

Измер   врем  tx с учетом коэффициента пропорциональности КПр, получаем значение величины RX.

При исходное напр жение на вы- ходе интегратора 9 в момент ti сразу становитс  равным напр жению Uon, поэтому компаратор 13 сразу измен ет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства, при этом длительность tx равна нулю.

Измерение высокоомных сопротивлений , в частности сопротивлени  изол ции электромонтажа сложных объектов контрол  с распределенной емкостью монтажа, происходит следующим образом.

Переключатель 20 устанавливаетс  в состо ние противоположное исходному, при этом второй вход компаратора 13 отключаетс  от источника 15 питани  и через замыкающий контакт группы 21 подключаетс ч к общей шине, третий вход интегратора 9 посредством группы 22 переключател  20 переключаетс  с первого вывода датчика 4 напр жени  на второй, а четвертый вход интегратора 9 посредством группы 23 переключател  с второго вывода датчика 4 напр жени  на первый. Сопротивление датчика 4 напр жени  зашунтировано низ- коомным резистором 2 через ключ 19. В этом состо нии при подаче напр жени  питани  дифференциальный усилительЗ вырабатывает выходное напр жение, при котором на его входах обеспечиваютс  равные напр жени  величиной U0. Падени  напр жени  на резисторе 3 и датчике 4 напр жени  практически равны нулю, так как сопротивление 1 (Rx) к клеммам 16 и 17 еще не подключено и измерительный ток равен нулю. Ключ 14 также замкнут, коэффициент передачи усилител  10 равен единице , на выходе интегратора 9 и первом входе компаратора 13 устанавливаетс  напр жение величиной Uo. На выходе компаратора 13 и выходе устройства поддерживаетс  высокий уровень напр жени  икомп (см. фиг. 2). В момент to к клеммам 16 и 17 устройства подключаетс  измер емое сопротивление 1 (Rx) с емкостью монтажа (См). Через низко- омные резисторы 2 и 3 происходит форсированный зар д емкости См (см. фиг. 2), по окончании которого на входах дифференциального усилител  8 вновь устанавливаютс  одинаковые напр жени  величиной Uo. Ток в измерительной цепи определ етс  формулой

I - °П

)

где RO - сопротивление низкоомного реэи- CTdpa 3;

Rx - высокоомное измер емое сопротивление 1.

Таким образом и формула (3) принимает вид

Xо

Кх

(4)

При измер емом сопротивлении 1 величина напр жени  Ux практически равна Uo.

В момент ti на управл ющий вход 18 поступает команда (см. фиг. 2) начала измерени , по которой ключи -14 и 19 размыкаютс .

Размыкание ключа 19 отключает резистор 2, сопротивление между выходом дифференциального усилител  8 и клеммой 16 устройства (сопротивлением R0 резистора 3 пренебрегаем) возрастает до величины Нд датчика 4 напр жени . Дл  поддержани  измерительного тока и напр жени  Ux на прежнем уровне выходное напр жение дифференциального усилител  8 скачком увеличиваетс , что приводит к соответствующему увеличению напр жени  Уд на датчике 4 напр жени  (см. фиг. 2), причем величина напр жени  равна

Rx

(5)

Одновременно начинаетс  интегрирование напр жени  Ug интегратором 9, напр жение UHHT на его выходе начинает линейно уменьшатьс  (см. фиг. 2). В момент ta напр жение UHHT интегратора 9 становитс  равным нулю и компаратор 13 измен ет

СВОЙ ВЫХОДНОЙ СИГНал UKOMH С ВЫСОКОГО

уровн  на низкий. Врем  tx интегрировани  определ етс  из равенства

UMHT.(V

X J

(6)

UMHT. - начальное напр жение на де интегратора 9;

т- посто нна  интегрировани .

Из формулы (6) можно записать

UHHT.О д

t

u,

С учетом формулы (5) получим

3

1ЛУ

ИНТ

(7)

R,

/d i

сиит р

и«тК;

(8)

(9)

где k

1 Щ

Гинт- коэффициент пропорциональности .

Измер   tx известными способами с учетом коэффициента пропорциональности , получаем величину Ях. Из формулы (8) видно, что результат измерени  не зависит от изменений величины напр жени  Do, что позвол ет использовать источник измерительного напр жени  с кратковременной (в пределах времени интегрировани ) стабильностью . Диапазон измерени  RX в широких пределах может выбиратьс  путем изменени  сопротивлени  Рд датчика 4 напр жени .

Скорость зар да емкости монтажа определ етс  нагрузочной способностью дифференциального усилител  8 и сопротивлением резисторов 2 и 3, величина которых может быть достаточно мала, причем скорость зар да не зависит от диапазона измерени  Rx.

Введение переключател  20 позвол ет перестраивать устройство дл  измерени  сопротивлений на соответствующий режим работы, обеспечива  универсальность.

Таким образом, повышаетс  быстродействие за счет форсировани  переходного процесса в измерительной линии. Скорость протекани  переходного процесса в измерительной линии не зависит от

диапазона измерени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  сопротивлений , содержащее последовательно соединенные источник питани , первый резистор

   и второй резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора , второй вывод которого соединен с общей шиной, первый ключ, последовательно соединенные интегратор и компаратор,

   последовательно соединенные дифференциальный усилитель, датчик напр жени  и образцовое сопротивление, второй вывод которого соединен с первой клеммой дл  подключени  измер емого сопротивлени ,

   втора  клемма дл  подключени  которого соединена с общей шиной, первый и второй выходы первого ключа соединены с первым и вторым входами интегратора, неинвертирующий вход дифференциального усилител  соединен с первым выводом третьего резистора, инвертирующий вход дифференциального усилител  соединен с вторым выводом датчика напр жени , второй вывод источника питани  соединен с общей шиной , отличающеес  тем. что, с целью повышени  быстродействи , в него введены переключатель и последовательно соединенные четвертый резистор и второй ключ, второй вывод четвертого резистора соединен с выходом дифференциального усилител , инвертирующий вход которого соединен с выходом второго ключа, управл ющий вход которого соединен с управл ющим входом первого ключа и первой шиной управлени , второй вывод первого резистора соединен с первым входом переключател , первый и второй выводы датчика напр жени  соединены с вторым и третьим входами переключател , четвертый вход которого соединен с общей шиной, первый выход переключател  соединен с вторым входом компаратора, третий вход интегратора соединен с вторым выходом переключател , третий выход которого соединен с четвертым входом интегратора, управл ющий вход переключател  соединен с второй шиной управлени , выход компаратора  вл етс  выходом устройства.