Цифровой омметр

Соеэ СоветскикСоциалистически кРеспублик 748282 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ(51)М. Кл. а 01 а 27/00//С 01 й 17/10 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.И. Беспалов и М.И. 7 ютюник Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе.-щмат,еюс.мй,мЛМ.ъа,.,Мр, юы.+,.м,д 4 р- т. -у ,. ,уа. - ;иЯ Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения абсолютных значений сопротивлений, отклонений значений сопротивлений от первоначального значения и,следовательно, для преобразования сигналов с датчиков сопротивления в цифровой вид.Известны цифровые омметры,содер жащие нуль-орган, декадные делители напряжения, схемы управления, счетные устройства, коммутаторы (1 . Однако при измерении малых сопро тивлений или незначительных.,приращений сопротивлений, например, при измерении температуры при помощи терморезисторов, они имеют сравнительно невысокую точность, что связано, в 20 основном, с наличием остаточных сопротивлений ключевых схем и значительным изменением их во времени, связанным со старением элементов,изменением температуры, напряжений пи% тания и т.д. Укаэанные отрицательные качества проявляются в большей степени у бесконтактных коммутаторов, обладающих наибольшими надежностью и быстродействием. Применение влект 2ромеханических ключей (реле, герко- . нов, шаговых искателей) значительно увеличивает время измерения, и, к тому же, из-за наличия хотя и незначительных (порядка 0,01 Ом) остаточных сопротивлений в открытом состоянии не позволяет создать приборы высокой точности и быстродействия для измерения малых сопротивлений, Нижний пре-. дел большинства цифровых омметров, выпускаемых как в СССР, так и за рубежом, рЕдко бывает менее одного Ома.Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является цифровой омметр 21 . Это цифровой мост постоянного тока. Омметр содержит мостовую измерительную цепь, плечо сравнения которой - магазин проводимостей с транзисторными ключами, имеющими общую точку с вершиной диагонали питания, источник напряжения питания мостовой цепи, нуль-орган и вспомогательные транзисторные ключи. Вспомогательные ключи включены через дополнительные резисторы в цепи управления основных ключей. Общая точка вспомогательных ключей через резистор и дополнительный источник напряжения подсоединена к вершине мостовой измерительной цепи.В исходном состоянии все основные и вспомогательные ключи находятся в открытом состоянии и все проводимос ти плеча сравнения включены. На переходах коллектор-эмиттер основных ключей остаточное напряжение устанав ливается равным нулю путем регулирования токов базы этих транзисторов.Это позволяет существенно уменьшить влияние остаточных параметров ключей, но не устраняет его полностью так как напряжение коллектор-эмиттер основных ключей зависит от целого ряда Факторов, как-то: изменение напряжения питания, величины резисторов в цепях базы, характеристик транзисторов во времени (старение элементов) или по температуре ведет к возникниовению влияния остаточных па 1раметров ключей на точность измерения. Это не только увеличивает погрешность измерениясопротивления, но .и делает омметр непригодным для измерения малых сопротивлений без .предварительной его настройки перед каждым измерением, что достаточйо" трудоемко. Кроме того, омметр содер" жит удвоенное количество (по сравнению с коммутируемыми резисторами плеча сравнения) ключевых элементов и два дополнительных источника напряжения, то есть является сложным.Целью изобретения является повышение точности измерения активных сопротивлений.Указанная цель достигается тем, что в цифровом омметре, содержащем мостовой измерительный блок, образованный тремя декадамиобразцовых"резисторов, блоки коммутации, блок управления, нуль-орган, источник питания, первый выход источника питания подключен к зажимам для подключения измеряемого резистора, а второй выход - через блоки коммутации соединен с первой декадой образцовых резисторов, образующей два йротйвоположных плеча мостового блока, вторая декада образцовых резисторов через блок коммутации подключена к одному зажиму для подключения измеряемого резистора, а третья - через блок коммутации соединена со входом нуль-органа, другой выход которого подключен к другому зажиму для подключения измеряемого резистора, а бл 1 зк управления соединен с нуль-органом..На чертеже представлена принципиальная схема циФрового омметра. Схема содержит измеряемый резистор 1, источник 2 двух равных токов с вы- ходами 3, 4, блоки 5, б коммутации, первую декаду образцовых резисторов, разделенную на половины, включенные в противоположные плечи 7, 8 мостового блока, вторую и третью декады резисторов, включенные в другие противоположные плечи 9, 10 мостового блока, блоки 11, 12 коммутации, нуль- орган 13, блок 14 управления.Каждый из блоков коммутации состоит иэ соответствующего числа ключей (электромеханических или электронных), причеМ в каждом из блоков коммутации замкнут только один контакт.Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений О ифО, подаваемых на вход нуль-органа 13.Напряжение О примем равным падению напряжения на измеряемом резисторе:О. 1. й(1) 15 где 1 - значение первого тока (снимаемого с выхода 3) источника 2 двух равных токов,й " сопротивление измеряемогорезистора.;Щ Напряженйе О 4 равно разности потенциалов, снимаемых с блоков 11, 12коммутации.Мостовой блок эапитывается током1, с выхода 4 источника 2 двух равных токов через замкнутые ключи блоков 5, б коммутации. Причем токи,протекающие по этим нагрузкам, равнымежду соббй, то есть:1, (2) З Ток 1, протекая через блоки 5 иб коммутации, разделяется на два тока: 14 и 1, причем ток 1( протекает через плечо 9 и часть первой декады, образующей плечи 7 и 8 мосто" вого блока, расположенную между вклю- И ченными ключами блоков 5 и б коммутации и крайними выводами декады образцовых резисторов плеча 9. Ток 14протекает через третью декаду образцовых резисторов плеча 10 и часть 4 Я первой декады образцовых резисторов,образующей плечи 7 и 8 мостовогоблока, расположенную между включен-,ными ключами блоков 5 и б коммутациии крайними выводами декады образцовых резисторов плеча 10.Блоки 5 и б коммутации управляютсяблоком 14 управления таким образом,что количество образцовых резисторовпервой декады, входящих в плечо 850 мостовогО блока и расположенных мЕжду включенным ключом блока б коммутации и крайним выВодом декады образцовых резисторов плеча 9, равно количеству образцовых резисторов первой декады, входящих в плечо 7 мостового блока и расположенных междувключенными ключом блока 12 коммутации и крайним выводом декады образцовых резисторов плеча 10.Поэтому токи 1 и 11 останутся не .изменными при любыМ состояниях блоков 5 и б коммутации. От состоянияблоков 11 и 12 коммутации токи 1 итакже зависеть не будут, поскольку через замкнутые ключи этих блоков 65 коммутации токи не протекают, такрезистора однозначно определяетсяколичеством и 4, и и и включенных2образцовых резисторов в каждой изтрех декад образцовых резисторов. как их цепь замыкания через входноесопротивление нуль-органа 13Токии 1 будут равны:й, Д) й 1 ф М,ц. 1 г ф 12 (3)г г з э г якяКк я г г чены в цепь токов. Остаточные сопротивления блоков 11 и 12 коммутацииЗ 0 также не влияют на результат измерения, так как через эти остаточные сопротивления в уравновешенной схеме Ог=1 г-и 11+и й ю-и к ЬА)1 -ток не протекает, слЕдовательно, падение напряжений на них равно нулю. 35 В уравновешенной схеме равен нулю ток, протекающий по проводу, соединяющему измеряемый резистор 1 с блоком 11 коммутации, и по проводу,соединяющему измеряемый резистор 1 со 40 входом нуль-органа 13. Следовательно,падение напряжения на этих проводахмеряемый резистор 1 с выходом 3 источника 2 двух равных токов (токовые провода), так как падение напряжения 50 на этих проводах не входит в контуруравновешивания напряжений О и Ог, а изменение тока 11, вызванное изменением сопротивлений этих проводов, не влияет на результат измерения в связи с тем, что равенство токови 1 при этом не нарушается. В данном цифровом омметре снижаются требования к параметрам ключей устройств коммутации, которые могут иметь значительные сопротивления в открытом 60 состоянии,то есть представляется возможность испольэовать надежные, дец 1 евые и быстродействующие ключи наполупроводниковых приборах беэ увеличения погрешности измерений сопротивлений. 65 а. айй-%,ма мЖ 4 йесаЫфй,а ймнйфй 3 ййеай".й-лйцй.ц -йФгю ". " - """ ДфЦгде й 4,И и Иэ - общее число образцовых резисторов, входящих в состав первой (образующей два плеча 7 и 8 моста), второй и третьей декад соответственно. Причем, поскольку плечи 7 и 8 мостового блока образованы поделенной пополам первой декадой образцовых резисторов, то в каждое из этих плеч входит М /2 образцовых резисторов;К,В г и К - сопротивления каждого из образцовых резисторов, входящих в состав первой, второй и третьей декад соответственно.В формулах (3) и (4):(м,уг)р +н,й,ф=, (5)1 1 г г Ъ ЬНапряжение между выходами блоков 12 и 11 коммутации в соответствии с (3) и (4) составит; где и - число образцовых резистороввходящих в состав части первой декады, образующей плечо8 мостового блока, расположенных между замкнутым клю-"чом блока б коммутации и де-,кадой образцовых резисторовплеча 9 (такое же число п;(образцовых резисторов заКлючено между замкнутым ключом.блока 5 коммутации и декадой образцовых резисторовплеча 10),и - число образцовых резистороввторой декады резисторов плеча 9, эаключенных междувключенным ключом блока 11коммутации и плечом 7 мостового блока;и - число образцовых резисторовтретьей декады плеча 10,зак:люченных между включеннымключом блока 12 коммутациии плечом 7 мостового блока.Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений О 4 щв О 4,. Из этого условия, учитывая,0 15 20 25 Первым преимуществом рассматриваемого устройства по сравнению с известными техническими решениями является отсутствие погрешностей,вызванных остаточными сопротивлениями блоков коммутации, так как для применяемого в схеме цифрового омметра источника двух равных токов изменение в цепи одного из токов нагрузочного сопротивления не нарушает равенства токов, а приводит лишь к изменению их абсолютных значений. Поэтому остаточные сопротивления блоков коммутации, изменяя абсолютные значения токов 1 и 1,г, не нарушают их равенства, а следовательно уравнение (7) остается в силе при любых значениях остаточных сопротйвлений блоков коммутации. В уравнение (7) не входят значения падений напря жения на остаточных сопротивлениях блоков 5 и б коммутации, так как они находятся за пределами контура уравновешивания напряжений О и Ои вклюравно нулю и результат измерения независит от их сопротивления, эти провода являются потенциальными. Не за-висит результат измерения и от сопротивлений проводов, соединяющих иэ748282 Формула. изобретения КИПИ, Заказ 4230/32 Тираж 1019 Подписно иал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Данный цифровой омметр позволяет производить дистанционное измерение сопротивлений, так как измеряемый резистор включен но четырехпроводной схеме и исключено влияние сопротивлений линий связи. Для доведения предлагаемого цифро вого омметра до промышленного использования необходимо провести:1) разработку схемы дешифратора для управления цифровыми индикаторами;2) выбор алгоритма уравновешивания и, в соответствии с ним, выбор схемы блока управления.Ориентировочное время выполнения перечисленных работ составляет четыре месяца. Цифровой омметр, содержащий мостовой измерительный блок, образованный тремя декадами образцовых резисторов, блоки коммутации, блок управления,нуль-орган, источник питания, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измеренияпервый выход источника питания подключен к Зажимам для подключения измеряемого резистора, а второй выход через блоки коммутации соединен с первой декадой образцовых резисторов, образующей два противоположных плеча мостового блока, вторая декада образцовых резисторов О через блок коммутации подключена кодному зажиму для подключения измеряемого резистора, а третья - черезблок коммутации соединена со входомнуль-органа, другой выход которого 15 подключен к другому зажиму для подключения измеряемого резистора, аблок управления соединен с нуль-органом. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 427286, кл. 2 6 01 й 13/02, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 373634, кл. О 01 Р 17/02, 1976