Устройство для измерения сопротивлений

РЕТЕНИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬ ВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(21) 4680358/21 (22) 08,04.89 (46) 30.06.91. Бюл. 24 (72) Н.А, Горяйнов и К.А, Попов (53) 621,317,332(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1104440, кл. 6 01 В 27/00, 1984.Авторское свидетельство СССР М 1576869, кл, 6 01 й 27/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения высокоомных сопротивлений, Цель изобретения - повышение быстродействия, достигаемое за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии. При установке переключателя 20 в исходное положение через нормально замкнутый контакт 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение, поступающее с источника 15 питания через делитель напряжения, образованногоЩ резисторами 5-7. Через нормально замкнутый контакт 22 переключателя 20 третий вход интегратора 9, образованный дифференциальным усилителем 10, резистором 11 и конденсатором 12, подключается к второму выводу датчика 4 напряжения, а через нормально замкнутый контакт 23 переключателя 20 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4 напряжения, сопротивление которого зашунтировано низкоомным резистором 2 форсирования переходного процесса через ключ 19. Ключ 14 находится в замкнутом состоянии, Измеряемый резистор 1 подключается к клеммам 16 и 17. По команде начала измерения, поступающего на вход 18 управления, ключи 14 и 19 размыкаются. После окончания форсированного заряда монтажной емкости, осуществляющегося через резистор 2 и образцовое сопротивление 3, на входах дифференциального усилителя 8 устанавливаются одинаковые напряжения. Переключатель 20 содержит также вход 24 управления. 2 ил,Изобретение относится к злектроиэмерительной технике и предназначено для измерения высокоомных сопротивлений.Целью изобретения является повышейие быстродействия за счет форсирования переходною процесса в измерительной линии.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения сопротивлений; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Усторойство для измерения сопротивлений содержит измеряемое сопротивление (резистор) 1, четвертый резистор 2 (форсирования переходного процесса), образцовое сопротивление резистор) 3, датчик 4 напряжения, третий, второй и первый резисторы 5 - 7, образующие делитель для получения измерительного и опорного напряжений, дифференциальный усилитель 8, интегратор 9, содержащий дифференциальный усилитель 10, резистор 11 и конденсатор 12, компаратор 13, ключ 14, источник 15 питания, клеммы 16 и 17 для подключения измеряемого сопротивления, вход 18 управления. Устройство для измерения сопротивлений содержит также ключ 19, переключатель 20 с контактными группами 21 - 23, вход 24 управления переключателем 20. Первый вывод источника 15 питания через последовательно соединенные резисторы 7 и 6 соединен с первым выводом резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход дифференциального усилителя 8 через последовательно соединенные датчик 4 напряжения, образцовый резистор 3 и измеряемое сопротивление 1 соединен с общей шиной, Первый вывод измеряемого сопротивления 1 соединен с клеммой 16, второй вывод с клеммой 17. Выход дифференциального усилителя 8 соединен также с вторым входом переключателя 20 и вторым выводом резистора 2 форсирования переходного процесса, первый вывод которого через рэзмыкающие контакты ключа 19 соединен с вторым выводом датчика 4, третьим входом переключателя 20 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 8, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистора 6, первый вывод которого соединен с первым входом переключателя 20, четвертый вход которого соединен с общей шиной,Первый и второй выходы ключа 14 соединены соответственно с первым и вторым входами интегратора 9, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами переключателя 20, первый выход которого соединен с5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вторым входом компаратора 13, первый вход которого соединен с выходом интегратора 9. Управляющий вход ключа 19 соединен с управляющим входом ключа 14 и входом 18 управления, Второй вход компаратора 13 соединен с подвижным контактом контактной группы 21 переключателя 20, размыкающий контакт группы 22 соединен с первым выводом резистора 6, замыкающий контакт группы 21 соединен с общей шиной, третий вход интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10 и с подвижным контактом контактной группы 22 переключателя 20, размыкающий контакт группы 22 соединен с замыкающим контактом 23 и первым выводом датчика 4 напряжеия, замыкающий контакт группы 22 соединен с размыкэющим контактом группы 23 и вторым выводом датчика 4 напряжения, подвижный контакт группы 23 соединен с четвертым входом интегратора 9, который через резистор 11 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10, первым выводом конденсатора 12 интегратора 9 и первым входом интегратора 9, второй вывод конденсатора 12 интегратора 9 соединен с вторым входом интегратора 9 и с выходом дифференциального усилителя 10, являющимся выходом интегратора 9. Второй вывод источника 15 питания соединен с общей шиной,Устройство для измерения сопротивлений работает следующим образом.Измерение низкоомных сопротивлений производится при установке переключателя 20 в исходное положение, при этом через размыкающий контакт группы 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение Ооп, через размь 1 кающий контакт группы 22 третий вход интегратора 9 подключается к второму выводу датчика 4, а через размыкающий контакт группы 23 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4, Сопротивление датчика 4 зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19, Ключ 14 находится в замкнутом состоянии, коэффициент передачи интегратора 9 равен единице и на его выходе устанавливается напряжение, равное сумме напряжений измерительного Оо (падения напряжения на резисторе 5) и напряжения Од, которое падает на датчике 4 напряжения, шунтированном резистором 2.Измеряемый резистор 1 йх) подключается к клеммам 16 и 17 устройства.Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 обеспечивает равенство напряжений на его входах, при этом по из 1659899(1)где Оо - измерительное напряжение;йх - сопротивление измеряемого резистора 1;г - сопротивление подводящих проводов:Во в . сопротивление образцового рези стора 3.В момент 11(фиг, 2) на вход 18 управления поступает команда начала измерения,по которой ключи 14 и 19 размыкаются.Размыкание ключа 19 отключает резистор 2 от датчика 4 напряжения, в результате чего сопротивление цепи междувыводами датчика 4 напряжения возрастаетдо величины Вд, Для поддержания измерительного токах на прежнем уровне выходное напряжение дифференциальногоусилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения Од на датчике 4 напряжения.Одновременно начинается процесс интег.рирования падения напряжения на датчике4 напряжения, которое пропорциональнотоку Ь. Напряжение на выходе интегратора9 начинает линейно увеличиваться от своегоисходного значения. Компаратор 13 осуществляет, равнение выходного напряженияинтегратора 9 и напряжения Ооп и в момент12 их равенства изменяет уровень сигналана своем выходе и выходе устройства,Время 1 от момента т 1 до момента т 2определяется формулойоп 1 р,и х = К их(2)где Во =( о" - 1)(2 г+ йо) - сопротивлеОоние датчика 4 напряжения;ти,т - постоянная времени интегратора 9; Кпр - ( 1) -хинп сопм,Ооп 1Оо ВцИзмеряя время тх с учетом коэффициента пропорциональности Кпр, получаем значение величины йхПри йх=0 исходное напряжение на выходе интегратора 9 в момент с 1 сразу становится равным напряжению Ооп, поэтому компаратор 13 сразу изменяет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства, при этом длительность тх равна нулю.Измерение высокоомных сопротивлений, в частности сопротивления изоляции электромонтэжа сложных обьектов контроля с распределенной емкостью монтажа, происходит следующим образом. Переключатель 20 устанавливается в состояние противоположное исходному, при этом второй вход компэратора 13 отключается от источника 15 питания и через замыкающий контакт группы 21 подключаетсяч к общей шине, третий вход интегратора 9 посредством группы 22 переключателя 20 переключается с первого вывода датчика 4 напряжения на второй, а четвертый вход интегратора 9 посредством группы 23 переключателя с второго вывода датчика 4 напряжения на первый. Сопротивление датчика 4 напряжения зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19. В этом состоянии при подаче напряжения питания дифференциальный усилитель 8 вырабатывает выходное напряжение, при котором на его входах обеспечиваются равные напряжения величиной Оо. Падения напряжения на резисторе 3 и датчике 4 напряжения практически равны нулю, так как сопротивление 1 (Вх) к клеммам 16 и 17 еще не подключено и измерительный ток равен нулю. Ключ 14 также замкнут, коэффициент передачи усилителя 10 равен единице, на выходе интегратора 9 и первом входе компаратора 13 устанавливается напряжение величиной Оо. На выходе компаратора 13 и выходе устройства поддерживается высокий уровень напряжения Оомп (см. фиг.2). В момент то к клеммам 16 и 17 устройства подключается измеряемое сопротивление 1 (Вх) с емкостью монтажа (См), Через низкоомные резисторы 2 и 3 происходит форсированный заряд емкости С (см, фиг, 2), по окончании которого на входах дифференциального усилителя 8 вновь устанавливаются одинаковые напряжения величиной Оо. Ток в измерительной цепи определяется форму- лой Оо(3) где йо - сопротивление ниэкоомного резистбра 3;В - высокоомное измеряемое сопротивление 1,Таким образом ййо и формула (3) принимает вид Х фОо(4)ВхПри измеряемом сопротивлении 1 величина напряжения О практически равна Оо.В момент 11 на управляющий вход 18 поступает команда (см. фиг, 2) начала измерения, по которой ключи.14 и 19 размыкаются.Размыкание ключа 19 отключает резистор 2, сопротивление между выходом дифференциального усилителя 8 и клеммой 16 устройства (сопротивлением Во резистора 3 пренебрегаем) возрастает до величины Вд Датчика 4 напряжения. Для поддержания измерительного тока и напряжения Ох на прежнем уровне выходное напряжение дифференциального усилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения Од на датчике 4 напряжения (см. фиг, 2), причем величина напряжения равнаОц = Вд х = ОоВ(5)ВхОдновременно начинается интегрирование напряжения Оо интегратором 9, наПряКЕНИЕ Оинт На ЕГО ВЫХОДЕ НаЧИНаЕт линейно уменьшаться (см. фиг. 2), В момент т 2 напряжение Оннт интегратора 9 становится равным нулю и компаратор 13 изменяетСВОЙ ВЫХОДНОЙ СИГНВЛ Охоцп С ВЫСОКОГО , уровня на низкий, Время тх интегрирования определяется из равенствагде Оинт.о=Оо - начальное напряжение на выходе интегратора 9;т- постоянная интегрирования, Иэ формулы (6) можно записать)" иит(7)С учетом формулы (5) получим1 х= К Вх, (9)где М =- Гинт - коэффициент пропорцио 1Яндльности.Измеряя Ь известными способами с учетом коэффициента пропорциональности, получаем величину Вх, Иэ формулы (8) видно, что результат измерения не зависит от изменений величины напряжения Оо, что позволяет испольэовать источник измерительного напряжения с кратковременной (в пределах времени интегрирования) стабильностью. Диапазон измерения Вх в широких пределах может выбираться путем изменения сопротивления Вд датчика 4 напряжения. Скорость заряда емкости монтажа определяется нагрузочной способностью дифференциального усилителя 8 и сопротивлением резисторов 2 и 3, величина которых может быть достаточно мала, причем скорость заряда не зависит от диапазона измерения Вх. Введение переключателя 20 позволяетперестраивать устройство для измерениясопротивлений на соответствующий режимработы, обеспечивая универсальность.5 Таким образом, повышается быстродействие эа счет форсирования переходного процесса в измерительной линии,Скорость протекания переходного процесса в измерительной линии не зависит от10 диапазона измерения.Формула изобретенияУстройство для измерения сопротивлений, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый резистор15 и второй резистор, второй вывод которогосоединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен собщей шиной, первый ключ, последовательно соединенные интегратор и компаратор,20 последовательно соединенные дифференциальный усилитель, датчик напряжения иобразцовое сопротивление, второй выводкоторого соединен с первой клеммой дляподключения измеряемого сопротивления,25 вторая клемма для подключения которогосоединена с общей шиной, первый и второйвыходы первого ключа соединены с первыми вторым входами интегратора, неинвертирующий вход дифференциального усилите 30 ля соединен с первым выводом третьегорезистора, ин вертирующий вход дифференциального усилителя соединен с вторым выводом датчика напряжения, второй выводисточника питания соединен с общей ши 35 ной,отл ич а ю ще ес ятем, что.с цельюповышения быстродействия, в него введеныпереключатель и последовательно соединенные четвертый резистор и второй ключ,второй вывод четвертого резистора соеди 40 нен с выходом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединенс выходом второго ключа, управляющийвход которого соединен с управляющимвходом первого ключа и первой шиной уп 45 равления, второй вывод первого резисторасоединен с первым входом переключателя,первый и второй выводы датчика напряжения соединены с вторым и третьим входамипереключателя, четвертый вход которого со 50 единен с общей виной, первый выход переключателя соединен с вторым входомкомпарвтора, третий вход интегратора соединен с вторым выходом переключателя,третий выход которого соединен с четвер 55 тым входам интегратора, управлякицийвход переключателя соединен с второй шиной управления, выход компаратора является выходом устройства,.2 Заказ 1841 Тираж 423 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж гарина, 101 Составитель Ю,Минкин едактор О.Спесивых Техред М.Моргентал Корректор М.Кучеряв