Способ измерения сопротивлений и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕ ГСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 й 27/О ТЕТ СССРИ ОТНРЫТИЙ ИС ИЗОБРЕТЕН ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ юл. 9 27(088,8)р В 7-27. ТО 26.свиде01 В 0,0 тельство СССР 27/00 (протот РЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯзмерения сопротивлеаэования измеряемого 4) СПОСОБ ИЗМУСТРОЙСТВО ДЛ7) 1, Способй путем преоб ГРСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ(56) 1, Вольтметс. 16-58, рис. 52. Авторское9 601633, кл, 6 ЯО 1104440 сопротивления в пропорциональный ьременной интервал, в котором формируютток, интегрируют его, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точностиизмерения, Формируют напряжение,пропорциональное току, суммируют егос напряжением, пропорциональным интегральному значению тока, и результирующее напряжение сравнивают сопорным напряжением, причем ток формируют пропорциональным суммарному.значению измеряемого и образцовогосопротивлений.11042. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее регулирующий элемент, переключатель, компаратор, подключенный первым входом к первому входу интегрирующего элемента, источники опорного и измерительного напряжений, клеммы для подключения измеряемого объекта, одна из которых соединена с первым выходом источника питания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены образцовое сопротивление, датчик напряжения, усилитель обратной связи и ключ, при этом один из выводов образцового сопротивления подключен к другой клемме для подключения измеряемого сопротивления, а другой вывод к одному из входов регулирующего элемента и к первому входу усилителя об 440ратной связи, выход которого подключен к второму входу регулирующего элемента., а второй вход - к источнику измерительного напряжения, выход регулирующего элемента через переключатель подключен к первым выводам ключа, интегрирующего элемента и первому компаратору., второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а третий вывод переключателя подключен к вторым выводам ключа и интегрирующего элемента, а через датчик напряжения - к второму выводу источника питания, причем управляющие выводы переключателя и ключа подключены к входу устройства, выходом которого является выходом компаратора.Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использованов системах автоматического измеренияЙ контроля активного сопротивления.Известен способ измерения сопротивления, основанный на преобразовании измеряемого сопротивления впостоянное напряжение, которое преобразуется во временной интервал, азатем в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя(АЦП) 1.Недостатком способа является сложность аппаратурной реализации, которая возрастает с уменьшением диапазона сопротивления, Это обусловлено тем,что при измерении малых сопротивлений (единицы ом) приходится преобра-,зовывать весьма малые падения напряжения (единицы милливольт), чтопредставляет определенную техническую трудность,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения сопротив-.ления, основанный на преобразованииизмеряемого сопротивления во временной интервал, путем заряда эталонного конденсатора током, пропорциональным измеряемому сопротивлению Г 23Недостатком известного способаявляется ограниченный диапазон измерения сопротивлений в.области малых значений, так как при уменьшении измеряемых сопротивлений возрастает ток в измеряемом объекте, чтов ряде случаев недопустимо. При этом 3увеличивается скорость заряда конденсатора и, следовательно, погрешность измерения за счет конечного быстродействия как сравнивающего блока (компаратора), так и регулирующе го элемента. При измерении сопротивлений порядка 0,1-10 Ом резко уменьшается падение напряжения на измеряемом сопротивлении, что делаетпрактически невозможным измерениеиз-за дрейфа параметров регулирующего элемента,Кроме того на результат измерениявлияют паразитные реактивные составляющие измеряемой цепи, так как токв измеряемой цепи устанавливается впроцессе измерения,Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения сопротивлений, содержащее регулирующийэлемент, вход которого через датчик(измеряемое сопротивление) подключенк корпусу и к одному из выводов первого.резистора (источника измерительного напряжения), другой вывод которого связан с управляющим входом регулирующего элемента, а через диодс одним выводом второго резистора,выход регулирующего элемента подключен к первому входу компаратора, ккоторому через конденсатор (интегрирующий элемент) подключен выход источника питания, двухпозиционный ключ идополнительный резистор (источникопорного напряжения), включенный между выходом источника питания и другимвыводом второго резистора, причемкаждый из двух выводов последнегосвязан с соответствующим входом ключа, выход которого соединен со вторымвходом компаратора, а управляющийход ключа подключен к выходу сравни;ающего элемента (21.Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон измерения сопротивлений в области малыхвыводу источника питания, причем управляющие выводы переключателя и ключа подключены к входу устро:ч яа, выходом которого является выход компаратора.На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.У ст рой ст во содержит и з мер яе мо е сопротивление 1, сопротивление 2 подводящих проводон, образцовое сопротивление 3, регулирующий элемент 4, усилитель 5 обратной связи, источник б измерительного напряжения, переключатель 7, ключ 8, интегрирующий элелент 9, датчик 10 напряжения, источник 11 опорного напряжения, компаратор 12, источник 13 питания, паразитную емкость 14, входную клемму 15 устройства, клемм. 16 и 17 подключения измеряемой цепи, выходную клемму 18 устройства. При этом источник 13 питания через последовательно соединенные клеммы 16 и 17 для подключения измеряемой цепи и образцовое сопротивление 3 подключен к входам регулирующего элемента 4 и усилителя 5 обратной связи, выход которого подключен к второму входу регулирую- щего элемента 4, выход которого через переключатель 7 подключен к одному из выводов интегрирующего элемента 9, одному из выводов ключа 8 и одному из входов компаратора 12, к второму входу. которого подключен источник 11 опорного напряжения, при этом второй выход переключателя 7 подлючен к другому выводу ключа 8, друому выводу интегрирующего элементаи через датчик 10 напряжения к втоому выводу источника 13 питания, ричем .управляющие входы переключатея 7 и ключа 8 подключены к входной лемме 15, а к второму входу усилиеля 5 обратной связи подключен исочник б измерительного напряжения. 35 Кроме того, в устройство для осуществления способа, содержащее регулирующий элемент, переключатель, компаратор, подключенный первым входом р к первому входу интегрирующего эле и мента, источники опорного и измерил тельного напряжений, клеммы для под- ключения измеряемого объекта, одна из которых соединена с первым ныхот дом источника питания, введены об разцовое сопротивление, датчик напряжения, усилитель обратной связи и ключ, при этом один из выводов образцового сопротивления подключен к другой клемме для подключения измеряе 50 мого сопротивления, а другой вывод к одному из входов регулирующегоэлемента и к первому входу усилителя обратной связи, выход которого подклю-. чен к второму входу регулирующего элемента, а второй вход - к источнику из 5 мерительного напряжения, выход регу" лирующего элемента через переключатель подключен к первым выводам ключа, интегрирующего элемента и первому входу компаратора, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а третий вывод переключателя подключен к вторым выводам ключа и интегрирующего элемента, а через датчик напряжения - к нторому 65 Устройство работает следующимобразом,В исходном состоянии ключ 8 замкнут и шунтирует интегрирующий элемент 9, надряжение на нем равно нулю,К клеммам 16 и 17 устройства черезсопротивление 2 подводящих проводовподключается измеряемое сопротивление 1. Через измеряемое сопротивление1, сопротивление 2 подводящих проводов, образцовое сопротивление 3, регулирующий элемент 4, переключатель7, датчик 10 напряжения и источник13 питания протекает ток По хггде значений из-за большой погрешностиизмерения; вызванной резким уменьшением падения напряжения на измеряе -мом сопротивлении, а также конечнымбыстродействием компаратора и регулирующего элемента влияние на результат измерения паразитных реактивныхсоставляющих (емкостей и индуктивностей) в измеряемой цепи (датчике),так как ток в ней устанавливается вмомент начала преобразования; значительное увеличение апаратурных затрат при увеличении числа контролируемых датчиков сопротивления, так какна каждый датчик требуется регулирующий элемент и резистор, В противномслучае на результат измерения большоевлияние оказывает сопротивление подводящих проводов.Цель изобретения - расширение диапазона измерения в области низкоом-.ных сопротивлений и понышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем,что при способе измерения сопротивлений путем преобразования измеряемогосопротивления в пропорциональньй временной интервал, в котором формируютток и интегрируют его, формируют напряжение, пропорциональное току, суммируют его с напряжением, пропорциональным интегральному значению тока, 30и результирующее напряжение сравнивают с опорным напряжением, причемток формируют пропорциональным суммарному значению измеряемого и образцового сопротивлений.- измерительное напряжение ис -оточника б;В - измеряемое сопротивление;г - сопротивление подводящихпроводов;й, - образцовое сопротивление,Усилитель 5 обратной связи изменяет сопротивление регулирующего элемента 4 таким образом, что суммарное напряжение на сопротивлениях 1-3 поддерживается постоянным и равным напряжению 1)о источника б независимо от величины измеряемого сопротивления й. 10При й= 0 ток достигает максимального значения Оо(2) 15Сопротивление датчика 10 напряжения определяется по формуле Попй(=(4) г 5 оп (г + й юОо На датчике 10 формируется напряжение, пропорциональное току 1 к,Пс= й (5)30 В момент 1 на входную клемму 15 устройства поступает команда начала измерения, по которой размыкается ключ 8, переключается переключатель 7, в результате чего выход регулирующего элемента 4 подключается через интегрирующий элемент 9 к датчику 10 напряжения и начинается процесс интегрирования тока 1интегрирующим ,40 элементом 9,В момент 1 равенства суммарного напряжения на датчике 10 напряжения и интегрирующем элементе 9 напряжениюисточника 11 компаратор .12 выдает сигнал . Длительность импульса с момента 1 до момента 1 равна 50 55 х где С - величина емкости интегрирУю щего элемента 9. С учетом формулы (5) 1 й 1)оп к- С( ---- )=С( -- й ), (7)Х1 к 165 Так как до момента г токчерез интегрирующий элемент 9и ключ 8 не протекает, то остаточное напряжение на элементе 9(й +г+йо г йо) С й(8) Из формулы (8) видно, что длительность импульса 1 к, формируемая устройством с моментадо момента С прямо пропорциональна величине й)с йЬде К = - д - С - сопвТ, коэффициентпропорциональности.Из формулы (8) видно, что длительность импульса 1 зависит от соотношения напряжений акоп и о не зависит от их абсолютной величины, Изэтого следует, что если источникиПоп и о построить в виде резистивных делителей, подключенных к источнику 13 питания, то результат измерения (длительность 1 к ) не будет зависеть от напряжения питания,Таким образом, измеряя длительность 1 к импульса с учетом коэффициента пропорцноыальности, можно определить величину й,При й = 0 напряжение Б на датчиЯ,ке 10 равно напряжению 0 источника11,В результате этого суммарное напряжение на датчике 10 и интегрирующемэлементе 9 н момент 1 равно напряжению (1 пи компаратор 12 сразу выдаетсигнал. При этом длительность импульса 1 равна нулю,Введение образцового сопротивления 3 позволяет ограничить ток, протекающий в устройстве при й= О.При этом удается увеличить напряжение, которое необходимо поддерживатьна входе регулирующего элемента 4,благодаря чему снижаются требования к стабильности параметрон усилителя 5 и регулирующего элемента 4и повышается точность измерения,Например, прн измерительном токеравном 10 мх и измеряемом сопротивлении й = 0,1-1 Ом . без сопротинления 3 напряжение на входе элемента4 необходимо поддерживать на уровне1-10 мВ, при этом дрейф напряжения смещения усилителя 5 равный 1 мВ,увеличинает погрешность измерения сопротивления на 1,0 м на 10, а сопротивление 0,1 м до 100, т,е, делает невозможным измерение 0,1 Ом.При величине сопротивления 3, например, 10 Ом, измерительном токе10 мЬ и сопротивлении й= 0,1-1 Ом1 104440 Составитель Н.МихалевРедактор О.Юрковецкая Техредж.Касталевич Корректор С.Черни Заказ 5205/32 Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППППатентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 на входе элемента 4 необходимо поддерживать напряжение на уровне 100- 110 мВ, прн этом дрейф напряжения смещения усилителя 5, равный 1 мВ, увеличивает погрешность измерения до 1. 5Таким образом, нестабильность параметров усилителя 5 и регулирующего элемента 4 в предлагаемом устройстве влияет на погрешность измерения сопротивлений в меньшей степени, 1 ОВведение датчика 10 напряжения позволяет учесть влияние на результат измерения как образцового сопротивления 3, так и сопротивления 2 подводящих проводов. При многоканальной системе измерения подводящие провода должны быть прокалиброваны.Так как до появления команды начала измерения на клемме 16 устройства выход. регулирующего элемента .4 через переключатель 7 и датчик 10 напряжения подключен к источнику 13 питания, то переходной процесс при подключении измеряемой цепи с паразитной емкостью 14 протекает быстро 1 ва счет малого переходного сопротив ления цепи заряда, В момент 1появления команды начала измерения в измеряемой цепи переходный процесс отсутствует, так как напряжение на ней поддерживается постоянным. Благодаря ЗО этому устройство обладает высоким быстродействием и полным отсутствием влияния паразитных реактивностей на результат измерения.Предложенный способ измерения со противлений и устройство для его осуществления позволяют расширить диапазон измерения сопротивлений в об-ласти низкоомных сопротивлений засчет увеличения измерительного напряжения без увеличения тока, протекающего через измеряемое сопротивление, при этом падение напряжения наизмеряемом сопротивлении не измеряется.Повышается точностьизмерений засчет компенсации влияния сопротивления подводящих проводов и активногосопротивления элементов устройства.на результат измерения,Увеличивается скорость измеренийза счет исключения влияния параэитных реактивных составляющих на результат измерения и большой скорости переходного процесса в момент подключения измеряемой цепи,Упрощается аппаратурная реализация за счет снижения требований кизмерительному усилителю и отсутствиюотдельного аналого-циФрового преобразователя,Технико-экономический эффект применения предлагаемого устройства заключается в том, что повышается точность измерения сопротивлений, особенно в области малых значений, а такжезначительно (в 10-50 раз) уменьшаетсявремя, затрачиваемое на измерение сопротивления.Благодаря указанным преимуществамизобретение повышает эффективностьавтоматических систем измерения сопротивлений и сокращает время испытаний объектов контроля.