Цифровое устройство для измерения сопротивлений и отношения сопротивлений

3 15977Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано, в частности, в тензометрическойаппаратуре, электронных термометрах,дифференциальных фотоизмерительных 5приборах, хроматографических детекторах терморезистивного типа и т.д.Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых величин,На фиг,1 представлена схема устройства для измерения сопротивленийи отношения сопротивлений; на фиг.2и 3 - варианты исполнения источникапостоянного тока и блока управления.Устройство,(фиг.1) содержит источник 1 постоянного тока, реэистивную матрицу (РМ) 2 лестничного типа,первый и второй операционные усилители 3 и 4, измерительные резисторы 5 и6, компаратор 7 напряжений, блок 8управления, цифровой счетчик 9, двеклеммы 10 и 11 первого и второгоаналоговых выходов, РМ 2 содержит резисторы 12-14.25Источник 1 постоянного тока (фиг,2)содержит операционный усилитель 15 ирезисторы 16-20. Блок 8 управления(фиг.З) содержит три элемента И-НЕ 21 -23, резистор 24 и конденсатор 25.РМ 2 может быть стандартного типаКК, т.е. резисторы 12 связи могутиметь условно номинал К, а разрядныерезисторы 13 и согласующий резистор14 - номинал 2 К. Однако возможно использование резисторов 12-14 с недвоичным отношением сопротивлений, Вэтом случае будет релизована недвоичная позиционная система счисления,в частном случае основание системы 40может быть, дробным, как больше, таки меньше двухНапример, при выборе соотношениямежду резисторами 12 и 13, равного1/6, получаем РМ с основанием В= 45=(1+5/12), при выборе отношения 1/12получаем основание В=(1+7/24), Приэтом согласующий резистор 14 такжеимеет дробное отношение сопротивления, его нижний по схеме вывод может 50быть соединен с любым выходом матрицы или с,общей шиной устройства.Применение подобных матриц, работающих в специальных кодах, направлено на повышение разрешающей способности измерений или на введение избыточности дпя коррекции нелинейностихарактеристик РМ. В дальнейшем рассматривается матрица типа КК, М1=1а 2 =1 --- ф (1)и2 м1.-1 2 -има 2) =1 --2 ф м1 = 1(1(2) где М - разрядность РМ 2;аа; разрядные цифры управляющегодвоичного кода;и - числовой эквивалент двоичногокода;1 - входной ток РМ 2.Выходные напряжения на клеммах10 и 11 равны 10 1 К=1 К ( м )ф (3) 2 -и(4) При равенстве напряжений на входах компаратора 7, имеем(5) 2 ф "и ф 71 4Блок 8 управления представляет собой в простейшем случае цифровой генератор с управляемым логическим ключом.,Вариант схемы такого генератора на базе стандартных логических элементов 21-23 типа И-НЕ, резистора 24 и конденсатора 25 приведена на фиг.З. Цифровой счетчик 9 имеет входы счета, сброса и шину предварительной установки кода в выходных регистрах. МЗР означает "младший значащий разряд", СЗР - "старший значащий разряд".Устройство работает следующим образом,По сигналу "Сброс" происходит обнуление счетчика 9. Ток 1 принимает максимальное значение, ток 1, - минимальное значение.(РМ представляет собой прецизионный кодоуправляемый делитель тока, поступающего от источника 1) . Разбаланс. напряжений на входах компаратора 7 опрокиды- вает его и на выходе устанавливается высокий уровень, разрешающий счет. На счетный вход счетчика 9 начинают поступать импульсы: его выходной код последовательно нарастает.Выходные токи РМ 2 определяются по формулам:10 15 20 25 35 40 45 50 55 т,е, значение кода на выходе счетчикапозволяет однозначно определить отношение сопротивлений резисторов 6и 5.Для снижения влияния соединительных проводов входное сопротивлениекомпаратора 7 напряжений должно бытьпо возможности высоким. Кроме того,желательно выравнять сопротивлениядвух линий, соединяющих резисторы5 и 6 с токовыми шинами РМ 2, Прииспользовании источника тока с большим внутренним сопротивлением оказываются скомпенсированными погрешности из-за влияния сопротивленийзамкнутых ключей и разброса базовогономинала РМ 2. Таким образом, выходные напряжения на клеммах 10 и 11более точно зависят от сопротивленийрезисторов 5 и 6 и значений входногокода.Источник 1 тока может быть выполнен по схеме на фиг.2, для которойдолжно выполняться условие: К==К,э, К =К 7+К. На точность измерения отношения сопротивлений 6 и 5и выходное сопротивление источника 1не влияют.В устройстве может использоватьсяи двухпроводная схема подключениярезисторов 5 и 6. Это возможно в томслучае, когда сопротивления указанных резисторов значительно превышаютсопротивления проводов связи, В качестве резисторов 5 и 6 можно испольэовать дифференциальную парутенэо- или фотореэисторов, резисторы,входящие в состав дифференциальныххроматографических детекторов, Одиниз резисторов 5 или 6 может бытьвыбран постоянным, опорным, относительно которого будет производитьсяизмерение сопротивления другого резистораДиапазон измеряемых отношемний. составляет 2Клеммы 10 и 11 могут использоваться для осуществления функции цифроаналогового преобразования. Напряжение на выводах 10 и 11 может служитьдля измерения абсолютных значенийсопротивлений резисторов 5 и 6 посредством аналоговых измерительныхприборов,Предлагаемое устройство можетбыть полностью реализовано на серийных интегральных микросхемах и можетобеспечить погрешность измеренияотношения сопротивлений порядка 0,050,01%. Формула изобретения Цифровое устройство для измерения сопротивлений и отношения сопротивлений, содержащее резистивную матрицу с кодоуправляемыми переключателями, первый операционный усилитель, компаратор напряжений, блок напряжений, цифровой счетчик, блок управления, два измерительных резистора, причем выход компаратора напряжений соединен с входом блока управления, выход которого соединен со счетным входом цифрового счетчика, выходы которого соединены с соответствующими.цифровыми входами управления резистивной матрицы и являются цифровыми выходами устройства, отличающееся тем,.что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измерения величин, в него введены второй операционный усилитель и источник постоянного тока, включенный между общей шиной устройства и аналоговым входом резистивной матрицы, первыйаналоговый выход которой соединен синвертирующим входом первого операционного усилителя и первым выводом первого измерительного резистора,второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя,первым входом компаратора напряженийи первой клеммой аналогового выхода устройства, второй аналоговый выходрезистивной матрицы соединен с инвертирующим входом второго операционногоусилителя и первым выводом второгоизмерительного резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя, вторымвходом компаратора напряжений и второй клеммой аналогового выхода устройства, неинвертирующие входы пер .вого и второго операционных усилителей соединены с общей шиной .устройства, входы сброса и начальной установки цифрового счетчика являются соответственно входами сброса и начальной установки устройства.раж 553 Подписноеомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧС осква, Ж, Раушская наб., д. 4/5