Измерительная цепь цифрового моста

ОПИАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сефз Советских Сецнепнстнекннх Респубпнн(БЦ лъ. вл. Н 03 К 13/03 Государственный комитет СССР по деяам изобретений и открытийДата опубликования описания 300479; М.И,Каракоз, Я.Ф. Рутнер, В.П. Кручиннн и В.В. Арнольд Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЦИФРОВОГО МОСТА Изобретение относится к областиэлектроиэмерительной, преобразовательной и вычислительной техники.Известны цифровые автоматическиеизмерительные приборы, у которыхизмерительная цепь содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) поразрядного уравновешивания и измери.тельный мост 1).Они обладают особенно большойпогрешностью на границах диапазонаизмерений.Известно устройство для измерениясопротивлений, содержащее мостовуюсхему АЦП, создающее увеличение погрешности на краях измеряемого диапаэона 21.Такое увеличение погрешности награнице диапазона измерения в значительной степени вызвано влиянием Яна точность измерений параметровключей АЦП.Целью настоящего изобретения явпяется повышение точности при измерении малых и больших сопротивлений,Цель достигается тем, что приизмерении малых сопротивлений в измерительной цепи цифрового моста,содержащий собственно мост и АЦП, всостав которого включен эталонный рЕЭИСтср, КаждЫй раэряд АЦП СсдЕржяз дополнительный элемент, включенный последовательно с эталоном, а на входе моста последовательно с измери тельным сопротивлением включен дополнительный резистор. При измерении больших сопротивлений дополнительные элементы включены параллельно эталонам, а дополнительный резистор включен параллельно измеряемому сопротивлению.На фиг.1 приведены схемы разрядов аналого-цифрового преобразователя для уравновешивания сопротивлениями и проводимости соответственно, на фиг.2 - функциональная схема автоматического моста.На фиг.1 сопротивлением 1 обозна" чен эталон разряда (Вз или С э.),э;сопротивлением 2 - остаточный параметр (В ; или С ) ключа, сопротивлением 3 - дополйительный элемент разряда (й,),. или С,), кроме того, цифровой мост имеет ключи 4. На фиг,2 представлена функциона- ная схема автоматического моста, где 5,6 - пассивные плечи моста, 7 дополнительный резистор (Ис), 8 - нуль-орган, 9 - источник питания,компенсирующий начальное сопротивление АЦП.Разрядные ключи 4 управляются через триггер 10 устройстном управления 11. С выхода триггеров 10 через дешифратор 12 снимается результат измерения. 5В технике автоматического контроля необходимы измерения весьма малых и больших сопротивлений. Стандартные циФровые автоматические мосты н этом диапазоне измерений 10 могут иметь недопустимо большую погрешность измерения, обусловленную непосоянством начального сопротивления, вносимого АЦП поразрядного. уравновешивания, Непостоянство это 15 нызнано влиянием остаточных параглетров коммутирующих ключей: остаточных сопротивлений Во при измерении малых сопротивлений й паразитных проводимостей бо при измерении больших о 0 сопротивлений. В указанном диапазоне измерений сопротивлений практически невозможно обеспечить условия, исключающие влияние остаточных параметров ключей, т.е. условия, при которыхй.и - число разрядов АЦП. 35Предлагаемое устройство реализует метод сущестненного уменьшения составляющей погрешности, обусловленной влиянием остаточных параметров. Метод заключается в таком выборе величины дополнительных элементов разрядов (соотнетственно, н таком выборе величин эталонных Резисторов, декодирующих сеток АЦП, при котором остаточное сопротивление (проводимость), вносимое АЦП н эталонное плечо измерительного моста, остается постоянным при любом состоянии его ключей и равным начальному вносимому сопротивлению (проводимости).Под остаточным вносимым сопротив лением (проводимостью) подразумевается сопротивление (проводимость), обусловленное влиянием остаточных параметров ключей, а под остаточным сопротивлением (проводимостью) при 55 исходном состоянии АЦП - начальноеНН сопротивление (начальной Ц ).На фиг.1 а,б приведены схемы разрядов АЦП для уравновешивания сопротивлениями и проводимостями соответственно, Первая используется при построении приборов для измерения малых, а вторая - больших сопротивлений. Для схемы фиг.1,а возможно пренебречь остаточной проводимостью ключа при его включенном состоянии, 65а для схемы Фиг.1,б - остаточным сопротивлением при включенном состоянии ключа.Начальное сопротивление, вносимое АЦП, для фиг.1,а определится из соотношения ВВо н.- ,- я"+:". 11 1 о Начальная проводимость для фиг.1,6(2) Все ключи имеют одинаковые остаточные параметры, т.е.Вол Во 2Вой оо 1 о 2 оп до (З)В целях компенсации начальйого сопротивления (проводимости) в смежное плечо измерительного моста необходимо включить компенсирующий элемент В или С,Вл Во В 1 о ЕЧ+" В.+В = Е Вд Вх о = 1 о (5)Соотношение (5) должно выполняться при любом значении г(г=1, и), а для этого необходимо соответствую" щим образом выбирать величины резисторов для каждого из п разрядов, полагая, что сопротивление каждого разряда ( В) состоит из двух составляющихВ:В, + В (б)Э ф.одна из которых (Вэ. ) предназначенаэдля уравновешивания измеряемого сопротивления Вх, а другая (Во) должна быть выбрана таким образом,% что соотношение (5) удовлетворяется при любых значениях г от 1 до и.С учетом соотношения (б) соотношение (5) принимает вид и-г(В .+В )Я--- а - .э 1 В +дЧ.а " (7Полагая, что3-Вк йн н,кк 1 к нгде т - отношение плеч моста,при этомш 1 вСхемы на фиг,1 а и б дуальны,следовательно, решим задачу лишьдля одной из них (например, дляфиг, 1,а) . Результат для другой получим из принципа дуальности.Так,если для уравновешивания измеряемого сопротивления В х требуется г разрядов АЦП, то справедливоследующее соотношениедакт ка 099/2ЦНИИ ПИпо113035,Тираж 10 59 осударственного комитета ССС елам изобретений и открытий Москва, Ж,. Раушская наб.,ака дписно 4 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул,Проектная 5 ббнепосредственно из соотношения (7),получаемР фз "91 о (йз)йо Полученное выражение снимает обязательность соотношения (3).Из соотношения (8) находим выражение для определенияя, ,"(l.яф" ).По свойству дуальных целей Величины компенсирующих элементов й и 6 при этом получаются равнымикЧ 1 1 ЮЧ= икСопротивление (проводимость) (-го разряда декодирующей сетки определиться иэ соотношения при этом/ИкНк и а а.На фиг.2 представлена функциональная схема автоматического моста, имеющего повышенную точность при измерении малых сопротивлений. Перед началом измерения, когда включены ключи 4 и производится подстройка компенсирующего сопротивления 7 при В =О, т.е. когда клеммы выводов В,( закорочены. Баланс моста контролйруется состоянием нуль-органа 8. После этого мост готов к работе.При измерении К устройство управления 11 вырабатывает управляющие сигналы, которые изменяют состояние триггеров 10 по определенному коду, последние изменяют состояние коммутирующих ключей 4. Переключение происходит до равновесия моста, после чего с триггеров 10 через дешифратор 12 снимается результат измерения.Схема для измерения больших сопротивлений отличается от рассмотренной только построением разрядов согласно фиг.1,б и ее работа происходит аналогично рассмотренной (с учетом признака дуальности). 51. Измерительная цепь цифровогомоста, содержащая собственно мост ианалого-цифровой преобразователь, всостав которого включен эталонныйрезистор, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения точностипри измерении малых сопротивлений,в ней каждый разряд аналого-цифрового Преобразователя содержит дополнительный элемент, включенный после довательно с эталоном, а на входемоста последовательно с измеряемымсопротивлением включен дополнительный резистор.2, Цель цифрового моста по.п.1, 30 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что приизмерении больших сопротивлений,дополнительные элементы включены параллельно эталонам, а дополнительный резистор включен параллельноизмеряемому сопротивлению. Источники информации, принятыево внимание при экспертизе 1. Городовский А.Ф. Мосты постоян 40 ного тока, М., Энергия, 19 б 4,с.1532. Техническое описание приборар 5 б 800 фирмы нОеиА, Финляндия.