Устройство для измерения больших сопротивлений

(5)5 6 01 Й 2 ЕНИ 2 5 Сйрос кз кг И ф ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ. ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Илюкович А.М. Методы измерения больших сопротивлений. - Измерительная техника, МЗ, 1979, с,26.Авторское свидетельство СССР М 1413538, кл. 6 01 В 19/00, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ СОПРОТИВЛЕНИИ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении больших сопротивлений. Изобретение позволяет повысить точность измерений в верхней части диапазона измеряемых сопротивлений. Это достигнуто благодаря введению генератора 16, счетчика 18, цифроаналогового преобразователя (ЦАП), а также компараторов 10, 11 и ряда новых связей, которые обеспечили реализацию в измерителе нового алгоритма работы и позволили отказаться от использования устройств выборки и хранения, погрешность хранения информации в которых при измерении больших сопротивлений велика. Принцип работы предложенного измерителя заключается в "грубой" компенсации медленно меняющегося линейного напряжения интегратора 1 малых токов выходным напряжением ЦАП, усилении "остатка" и последующем сравнении его с пороговыми напряжениями компараторов 9-11, которые производят преобразование усиленного сигнала, соответствующего скорости изменения выходного напряжения интегратора 1 во Б временной интервал, Устройство обеспечивает значительно более высокую точность (около 0,22) в области измерения больших сопротивлений (до 10 Ом), 3 ил,осИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении больших сопротивлений (10 10 Ом).Цель изобретения - повышение точности измерения сопротивлений.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения больших сопротивлений, на фиг, 2 - пример реализации устройства 12) управления и обработки информации (УУОИ); на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства для измерения сопротивлений; где а - форма сигнала на выходе генератора 16, б - форма сигнала на выходе ключа 17; в - форма сигнала на выходе ЦАП 20, г форма сигнала на выходе интегратора 1 малых токов; д - форма сигнала на выходе сумматора 5; е - форма сигнала на входе измерителя 22 длительности; ж - форма сигнала на выходе 13 устройства 12 управления и обработки информации (уровень логического нуля соответствует включению ключа 17).Устройство для измерения больших сопротивлений содержит интегратор 1 малых токов(ИМТ),вход которого подключен к первой входной шине 2, источник 3 опорных напряжений (ИОН), первый выход которого подключен к второй входной шине 4, сумматор 5, на основе операционного усилителя, содержащий суммирующие резисторы 6-8 и подключенный первым входом к ИМТ 1, компараторы 9-11, подключенные соединенными входами к сумматору 5, а выходами - к устройству 12 управления и обработки информации (УУОИ) с управляющими выходами 13-15, генератор 16, ключ 17, связывающии генератор 16 со счетчиком 18, к выходам которого подключены формирователь 19 импульсов сброса, соединенный выходом с ИМТ 1 и цифро-аналоговый преобразователь 20 (ЦАП), включенный между одним из выходом ИОН 3 и вторым входом сумматора 5, ИОН 3 может быть выполнен по схеме преобразователя с умножением напряжения и предназначен для формиоования измерительных напряжений 0,1; 1; 10; 100; 1000 В. Измерительные напряжения снимэютс 5 с высоковольтного делителя и коммутируются с помощью реле на шину 4,Блок УУОИ содержит формирователь 21, измеритель длительности 22, позволяющий измерять длительность импульсов отрицательной полярности (содержит индикаторное табло), а также устройство 23 клавиатуры, содержащее пеоеключатель для управления ИОН 3, ИМТ 1 и счетчиком 18 представляющим собой суммирующий счетчик. Устройство работает следующим образом,Измеряемый объект Вх подключаетсямежду входной шиной интегратора 1 малых5 токов и шиной 4 ИОН 3. Управление узламиизмерителя осуществляется устройством 12по выходам 13 - 15, При этом по выходу 14устанавливается на шине 4 ИОН 3 необходимый постоянный уровень измерительно 10 го напряжения, равное 0,1; 1; 10; 100 или1000 В. Управляющий выход 15 "Измерение" находится в отключенном состоянии:интегрирующий конденсатор интегратора 1малых токов закорочен; счетчик 18 находит 15 ся в нулевом состоянии, Выходные напряжения ИМТ 1 и ЦАП 20, поступающие навходы сумматора 5, близки к нулю.При включенном измерителе на управляющем выходе 15 УУОИ 12 появляется уро 20 вень логической единицы, разрешающийинтегрирование входного тока ИМТ 1 и работу счетчика 18.При подключении измеряемого объектаВх через него протекает ток х, обратнопро 25 порциональный величине измеряемого сопротивления,измОх30где Оизм - измерительное напряжение, приложенное к объекту.При поступлении измеряемого тока 1 хна вход 2 интегратора 1 малых токов нэ его 35 выходе появляется линейно-изменяющеесянапряжение (фиг. Зг), скорость изменениякоторого определяется выражением:бО, 1 Оизм40 бс С Яхгде С - измерительный конденсатор в цепиобратной связи интегратора 1,Информация о величине измеряемогосопротивления, содержащаяся в скоростиизменения выходного напряжения интегратора 1 малых токов непрерывно поступаетна первый вход сумматора 5.На второй вход сумматора 5 поступает50 компенсирующее напряжение противоположной полярности с выхода ЦАП 20 (фиг.Зв), значение которого по абсолютному значению близко к выходному напряжению интегратора 1 малых токов,55 Сумматор 5 производит усиление разностного Л Ор (фиг, Зд) напряжения с коэффициентом передачи. определяемымотношением резисторов 6-8. Рэзностныенапряжения Ь Ор сравниваются с порОГОвы1688191 С - Вх 40 ми напряжениями компараторов 9 - 11, Если разностное напряжение не достигло порога срабатывания компаратора 9 (нулевого уровня), то происходит дискретное увеличение компенсирующего напряжения на вы ходе ЦАП 20 (последовательность импульсов с выхода генератора 16 (фиг. За), через открытый ключ 17 поступает на вход синхронного счетчика 18 (фиг. Зб) и изменяет его состояние, а следовательно, и код на 10 входе ЦАП 20, В момент равенства напряжений (по абсолютному значению) на выходах ИМТ 1 и ЦАП 20 срабатывает компаратор 9 (детектор нуля), перепад выходного напряжения которого поступает на 15 вход формирователя 21 УУОИ 12, вырабатывающего по выходу 13 УУИО 12 сигнал (фиг, Зж), закрывающий ключ 17. Выходное напряжение ЦАП фиксируется (состояние счетчика 18 не изменяется). На выходе сум матора 5 в этот момент времени присутствует линейно-изменяющееся напряжение, дальнейшая обработка которого ведется с помощью компаратора 10 (нижнего порогового напряжения) и компэратора 11(верхне го порогового напряжения). Происходит сравнение усиленного линейно-изменяющегося напряжения с напряжением, равным разности пороговых напряжений компараторов 10 и 11. Интервал времени 30 между моментами срабатывания компаратора 10 и 11 выделяется с помощью формирователя 21 в виде импульса отрицательной поля рности (фиг, Зе), длительность которого прямопропорциональна сопротивлению 35 измеряемого объекта Кх и определяется по формуле: где С - измерительная емкость интегратора 1;0 изм - напряжение, прикладываемое к обьекту измерения Кх, 45К - коэффициент усиления сумматора 5;01, 02 - пороги напряжения срабатывания компараторов 10 и 11 соответственно. 50Измеритель 22 длительности производит преобразование длительности импульса отрицательной полярности с выхода формирователя 21 в цифровой код и отображает значение на цифровом табло. 55В момент срабатывания компаратора 11 (пересечение верхнего порога) открывается ключ 17 (перепад выходного напряжения компаратора 11 изменяет состояние формирователя 21), разрешающий прохож дение синхроимпульсов с выхода генератбра 16 на счетчик 18, что приводит к изменению состояния нг управляющих входах ЦАП 20 и увеличению его выходного напряженИя до следующего срабатывания компаратора 9.Информация о значении сопротивления, содержащаяся в скорости изменения выходного напряжения интегратора 1 малых токов, обрабатывается в дискретные моменты времени на всем динамическом диапазоне напряжения интегратора 1 до достижения максимального выходного напряжения (до момента переполнения счетчика 18), После чего на выходе счетчика 18 появляется сигнал "Переполнение", поступающий на вход формирователя 19 импульса сброса, устанавливающего интегратор 1 малых токов и счетчик 18, а соответственно, и устройством в целом в начальное состояние. Таким образом, процесс измерения повторяется.Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает более высокую точность и имеет преимущество, заключающееся в том, что погрешность измерения больших сопротивлений в конечной части шкалы измерения не увеличивается при возрастании времени обработки линейно-изменяющегося напряжения интегратора малых токов, так как отсутствует погрешность, связанная с увеличением времени хранения сигнала устройством выборки и хранения,Формула изобретения Устройство для измерения больших сопротивлений, содержащее источник опорного напряжения, подключенный первым выходом к первой входной клемме, интегратор малых токов, подключенный входом к второй входной клемме, сумматор, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу сумматора, а второй - к общей шине, ключ, устройство управления и обраотки информации, вход которого подключен к выходу первого компаратора, первый и второй выходы - соответственно к управляющим входам источника опорного напряжения и ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор, счетчик, формирователь импульсов сброса, цифроаналоговый преобразователь, второй и третий компарэторы, причем выход генератора подсоединен к входу ключа, выход которого подключен к входу счетчика, выход "Пере 1688191полнения" которого подключен к входу формирователя импульса сброса, выход которого подключен к входам "Сброс" интегратора малых токов и счетчика, группа выходов которого подключена к управляющим входам цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к второму выходу источника опорного напряжения, а выход - к первому входу 1 сумматора, второй вход которого подключен к выходу интегратора малых токов, первые входы второго и гретьегэ компараторов подключены к выходу сумматора, вторые входы подключены соответственно к третьему и четвертому вы ходам источника опорного напряжения, авыходы - соответственно к второму и третьему входам устройства управления и обработки информации, третий выход которого подключен к входам начальной установки 10 счетчика и интегратора малых токов.1688191 е/ орректор М,Максимишинец едактор М,Недолуже изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 аказ 370 ВНИИ Составитель Н.ШиянТехред М.Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 11 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5