Квазимостовой измеритель сопротивления

(54 6 01 К 17 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпа идюи ивоБНПВа и щНЪЩЕ(53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 568898, кл. О 01 К 17/10, 1975,(54)(57) КВАЗИМОСТОВОЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ по авт,св. йъ 568898, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности и надежности, между выходом звездообразного резисторного делителя напряжения и входом операционного усилителя введены последовательно-соединенные постоянный по сопротивлению резистор и резистор с управляемым сопротивлением, а каждая из ступенчатых мер сопротивления выполнена в виде мультирезисторов - трансферов.1 1188661изобретение относится к средствам злектроизмерительной техники, 1 используемым в качестве прецизион ных измерителей сопротивления н (омметров) и провод щости (симменс и метров), и является усовершенство ванием известного устройства по Р авт. св. СССР 9 568898. РЦелью изобретения является повышение точности и надежности за "1 О л счет компенсации погрешностей плечм относительным изменением сопротив- п ления управляемого резистора, а так м же за счет применения трансферов.На фиг.1 представлена структУР у ная схема устройства; на фиг.2 -н электрическая схема трансфера. тУстройство содержит зажимы 1 н и 2 для подключения объекта изме- Р Рения 3 (К), (С), Регулируемый 2 О п источник 4 напряжения П, нуль-орл ган 5 с входной проводимостью СШ и порогом чувствительности дП,г общую шину 6, операционный усили- Р тель 7 с выходным напряжением (, 25 с звездообразный реэисторный делитель у 8 напряжения, представляемый схемой замещения в виде треугольника к проводимостей о где (Ь = О,ХХ, ,Х - коэффициент преобразования делителя по основному еговыходу; 35/=(-М - коэффициент преобразования делителяпо дополнительномуего выходу;С - выходная проводимость Юзвездорезисторногоделителя напряжения;С - входная проводимостьшунт рабочих плеч-прово.димостей МС иОС делителя напряжения.Первая ступенчатая мера 9 сопротивления образует первое масштабноеплечо с сопротивлением К,.втораяступенчатая мера 10 сопротивления 50 образует второе масштабное плечо с сопротивлением К, третье масштабное плечо 11 с сопротивлением К(1+) - К (2) образовано последовательным соединением постоянно го по сопротивлению резистора 12 и резистора 13 с управляемым сопротивлением. Устройство содержит также канал4 управления резистором 13, канал5 управления делителем 8 со стороы нуль-органа, канал 16 управленияервой ступенчатой мерой 9, канал,7 управления второй ступенчатой меой 10, канал 18 управления регулиуемым источником 4.Квазистовой измеритель сопротивения содержит многоконтурную изерительную цепь, составленную изеречисленных ранее составных элеентов,Первый контур измерительной цепистройства образован:последовательым соединением регулируемого исочника 4, объекта измерения 3уль-органа 5. Второй контур иэмеительной цепи устройства образованоследовательным соединением регуируемого источника 4, второго мастабного плеча и входа операционноо усилителя 7, Третий контур измеительной цепи устройства образован:оединением выхода операционногосилителя 7, первого масштабногоплеча и нуль-органа 5Четвертыйонтур измерительной цепи устройствабразован соединением выхода операционного усилителя 7 с входом делителя 8. Пятый контур измерительнойцепи устройства образован соединением выхода делителя 8 через третьемасштабное плечо с входом операционного усилителя 7,Устройство работает следующимобразом.После подключения объекта измерения 3 с сопротивлением К к зажимами 2 и включения источника 4 с напряжением 0 под действием последнегочерез сопротивление К и нуль-орган5 с входной проводимостью С начинает протекать ток первого контура 1, = П: (К+ 1/С, ) (3)Этот ток (3) в нуль-органе 5 вначала частично (а затем полностью) компенсируется током третьего контура1= У; (К 1+ 1/С, ) (4) В итоге (3) и (4) протекающий через нуль-орган 5 ток1= 1 - 1 Ф (5) может быть изменением тока 15 доведен до нулевого (т,е) квазимост может быть уравновешен)(8) (9) П = Х - 1 К(. 3, - 8 г - 85+0 (гг)Таким образом, вследствие компенсирующего влияния результирующаяпогрешностей плеч квазимостовогоизмерителя сопротивления может бытьуменьшена до уровня погрешностивнешней образцовой меры, подключаемой на время калибровки вместо Кк зажимам 1 и 2.Особенно. эффективное устройство,если его масштабные плечи выполнить в виде мультирезисторов-транс"феров (малогабаритных переходныхмер сопротивления без подстроечныхрезисторных элементов). Например,первое и второе масштабные плечи(в отдельных случаях и третье масштабное плеча) можно реализоватьодиночными резисторами, группами,резисторов (мультиреэисторами итрансферами - наборами равнономинальных по сопротивлению резисторов с переключающими устройствамидля соединений этих резисторов)по однородным схемам а,б,в согласно фиг.2.1 г=П: Кг (13) д: р,р; к (1+)(14) следует, что30 ц: к = рсу; Гк (1+Я (15) откудаП :1 = Рк /К (1+ ф ) (16) После подстановки (16) и (11) получим условие равновесия рассматривае- З мой измерительной цепи ККг 1Х 1" К 1 +У(6) В момент равновесия, когда выполняется условие (6), падение напряжения на входе нуль-органа 5 будет ЬП:О (7) вследствие чего в измерительной цепи установятся следующие соотношения характеризующих его величин При учете (6) и (8) и (9) следует,чтоЛ КхЧ К(11) Отношение величин У/ у в свою очередь можно определить из равенст ва токов второго и четвертого контуров(12) при учете, что ток второго контура Как следует из (21), в квазимостовом измерителе сопротивления относительным изменениемсопротивления резистора 13 можно скомпенсировать влияние погрешностей плеч К 1 Кг, КЭ т.е, Установить сУммУ погрешностей плеч и компенсирующего их изменения, равной нулюИзвестно, что действительные 40значения сопротивлений плеч моста К 1 К, КЭ с номинальными значениямй сойротивлений этих плеч К 1 н Кг нам.КЭ ном связаны соотношениями 45 к 1 = к(1-6,); (18) к, = к (1-.8 г) 1 (19)Кэном (1 э)Эном50 где. 3,г Э - относительные погреа ности соответствующих сопротивлений. После подстановки (18), (19), (20 в (17) ряда преобразований и иренебрежения членами второго порядка иа лости получим окончательное выражение уравнения равновесия измерительной цепи В данном устройстве трансферы без подстроечных резисторов впервые применяются для моделиревания масштабного множителя с одним общим подстроечным элементом для одной группы трансферов. Каждый ,трансфер по отдельности является источником трех инвариант-сопротивлений: основного инвариант-сопротив ления при структуре соединений резисторнык элементов по однородной схеме согласно фиг. 24К ц = (1/К + 1/К + 1/К ., +1/К ) (23)второгоинвариант-сопротивления при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме согласно фиг,2 1+ (1/К 4+ 1/К + 1/Кб )+ (1/К +1/К + +1/К ) ; (24 третьего инвариант-сопротивленияпри структуре соединений резисторных элементов по однородной схемесогласно фиг.2 5 Кц =К+К+К++К. (25) Теоретические и экспериментальныеисследования дали следующие результаты: наиболее вероятной систематической погрешностью 10-секционноготрансфера из резисторов с допуском+ 8 будет погрешность т =8/ -ЙО; (26)вариация погрешности трансферапри переходе Кп, - К с, -К будетвеличиной второго порядка малости,поскольку она не более р 1 / (27) Например, если 10-элементный . трансфер выполнить из резисторов с погрешностью 8 =10 (+ 0,017), то согласно (26) компенсируемая систематическая погрешность этого трансфера будет 0,0037, а ее (не- компенсируемая) вариация согласно (27 будет менее (0,003 х 0,01) 10 б(10 Х), что 0,01 :0,00000110000 раз меньшая величина, чем 8 - допуск по сопротивлению для резистора - элемента трансфера. Таким образом, если плечи измерительной цепи устройства выполнитьв виде трансферов, то его погрешность в целом при указанной структуре его цепи может быть скомпенсирована до уровня результирующей вариации систематических погрешностей указанных плеч, что по крайней мере в 10-100 раз меньше суммы систематических погрешностей плеч измерительной цепи прототипа и предлагаемого устройства, Отмеченное свойство предлагаемого устройства позволяет при реализации имеющихся измерительных резисторов с допуском по сопротивлению в 0,02 - 0,013 выполнить как омметр (сименсметр) класса точности намного лучше, чем 0,012, например 0005 . или 0,0023 0,001 ,5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Современные прецизионные измерительные резисторы имеют частоту отказов Эр 1010 ч, (28)используемые совместно с измерительными резисторами подстроечные резис-.торы имеют частоту отказов % р210 ч (29)вследствие чего суммарная частотаотказов плеча цепи в виде последо.вательного соединения измерительногопостоянного и регулируемого подстроечного резисторов Ъ + Я р" 20 10(30)Для уменьшения частоты отказовпростейшего составного плеча цепейклассических мостов-омметров и немостового омметра-прототипа Qриходится прибегать к двух- и дажетрехкратному резервированию, т.е,использовать для реализации плечапомимо основного еще соответственнодвух или трех аналоговых резервныхплеч из двух резисторов (постоянного и подстроечного).Трансфер при 10 основных и 3-хрезервных постоянных резисторахобеспечивает в предлагаемом устройстве масштабирования на трех пределах измерения с такой же надежностью расход13:3 = 4(3) резистора /предел, (31)тогда как в традиционных мостах вквазимостовом прототипе омметредля этого расходует (2 х 4): 10 = 0,8резисторов/предел,Более высокая точность и надежность устройства обеспечивается структурой измерительной цепи и реализацией плеч последней в виде мультирезисторов-трансФеров.Устройство легко превратить вквазимост-сименсметр, для чегодостаточно поменять местами входыделителя 8 и второго масштабного пле.ча.Полученный в результате такой перестановки (инверсии), новый инвертквазимост - сименсметр сохраняеттакое же количество по точности инадежности. Оба устройства не требуют применения дефицитных высокопрецизионных резисторов и высококачественных дорогих изоляторов, чтообеспечивает экономию денежныхсредств и лимитируемых материалов,упрощает конструкцию и технологиюописанных кваэимостовых измерителей.1188661 Составитель В.Техред А,Ач нчукКорректор Е.Рошк Редактор А.Гуль акаэ 6740/4 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Го по дел 113035, Москвйраа 74 арственн изобрете Ж, Ра Подписноео комитета СССРй и открытийская наб., д, 4/5