Устройство для измерения отношения сопротивлений

(19) (И 1)5 СО АВТОРСКОМУ СВ ЕПЬСТВУическии ин моля ий инститКотляров ьство ССГ,01.91. Бюл. Рвовский политехнЛенинского комский лесотехническ(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОИЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сопротивлений. Цель изобретения - повьяцение точности измерений - достигаетсяпутем исключения влияния погрешностейинтегратора и генератора. Выход измеряемого резистора 2 соединен спервым выходом источника 6,с входом.компаратора 5, с выводом пороговогоэлемента 16. Второй вывод измеряемого резистора соединен с выводом эталонного резистора 1, вторым выводомпорогового элемента 16, с входом кома 1 параторя 4, с входом инте ора 3, выход которого соединен с рымн входами компаряторов 5 и 4. Выходы . последних сое 1 ччены соответственно с 1-входом триггера 11 и с входом элемента ИЛИ-НЕ 13, второй вход которого соединен с вторым входом интегратора 3, выходом триггера 11, выходом 15 синхронизации устройства и с входом переноса регистра 7, вьжоды 14 которого являются также выходами устройства, Выход элемента ИЛИ-НЕ 13 соединен с входом Лазочувствительного детектора 12, второй вход которого соединен с К-входом триггера 11 и с выходом элемента И 10, а выход соединен с входом генератора 8, выход ко" ф торого соединен с входом счетчика 9 и с С-входом триггера 11, Выходы счетчика 9 соединены с инйормацион- (, ными входами регистра 7, а выходый двух старших разрядов соединены с входами элемента И 10, причем К-вход триггера 11, второй выход источника 6 и второй вывод эталонного резистора 1 соединеныс общей инной устройс" а тва. 3 ил,Изобретение атносится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения отношений сопротивлений резисторов и дат 5 чиков.Целью изобретения является повышение точности измерения отношения двух сопротивлений путем исключения погрешностей интегратора и генератора.На фиг.1 показана схема устройства для измерения отношения двух сопротивлений; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг .3 - схема фазочувствительного детектора.Устройство для измерения отношения сопротивлений содержит эталонный 1 и измеряемый 2 резисторы, интегратор 3, первый 4 и второй 5 компараторы, источник 6 постоянного тока, регистр 7, генератор 8, управляемый напряжением, счетчик 9, элемент И 10, 1 К-триггер 11, фаэочувствительный детектор (фЧД) 12, элемент ИЛИ-НЕ 13, выходы 14 .и 15, пороговый элемент 16.Эталонный 1 и измеряемый 2 резисторы соединены последовательно, 30 один вывод эталонного резистора 1 соединен с общей шиной устройства. Точка соединения резисторов соединена с входом интегратора 3 и с одним из входов первого компаратора 4, с вторым входом которого и с первым входом второго кампаратора 5 соединен выход интегратора 3. С вторым входом второго компаратора 5 соеди-. , нен выход источника постоянного тока 40 б, соединенный с выводом измеряемого резистора 2, параллельно с которым соединен пороговый элемент 16,Выходы первого 4 и второго 5 компараторов соединены соответственно с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 13 и с 1"входом триггера 11, К"вход которого соединен с общей ппной устройства, С-выход которого и вход счетчика 9 соединены с выходом генератора 8. Выход триггера 11 соединен с входом установки в нулевое состояние интегратора 3, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 13, входом разрешения переноса в регистр 7 и синхрони 55 зирующим выходом 15 устройства. Выходы регистра 7 являются информационными выходами 14 устройства. Выходы счетчика 9 соединены с информа" ционными входами регистра 7. Выходыдвух старших разрядов счетчика 9 через элемент И 10 соединены с й-входом трип ера 11 и первым входомФЧД 12, второй, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НР 13.Генератор 8, управляемый напряжением, представляет собой преобра- .зователь напряжения в частоту. ФЧД12 (фиг,3) содержит два инвертора17 и 18, два элемента И 19 и 20,два ключа 21 и 22, резистор 23 и конденсатор 24. Первый и второй входыФЧД являются входами инверторов 17и 18 и первыми входами элементов И 19и 20 соответственно, Выходы инверторов 17 и 18 соединены с вторымивходами элементов И 20 и 19 соответственно. Выходы элементов И 19 и 20соединены с управляющими входамиключей соответственно 21 и 22. Черезключ 21 источник питания соединенс выходом детектора 12, Через ключ22 выход детектора 12 соединен собщей шиной устройства. Кроме того,выход детектора 12 соединен с общейшиной устрой.тва через резистор 23и конденсатор 24., на котором запоминается на 1 ряжение, управляющее генератором 8,Устройство работает следующимобразом.На входы ФЧД 12 поступают импульсы положительной полярности. На первый вход детектора 12 поступает единичный уровень напряжения. с выходаэлемента И 10, тогда когда старшиеразряды счетчика 9, подключенные квходам элемента И 10, находятся вединичном состоянии, На второй входдетектора 12 поступает единичныйуровень напряжений в течение возрастания напряжения ингтегратора 3 отнуля и до уровня срабатывания первого компаратора 4, В связи с установкой.триггера 11 в нулевое состояниеимпульсом с выхода элемента И 10 единицы на первом и втором входах АЧЛпоявляются одновременна, а переходк нулевому уровню может происходитьв разное время. При этом может слудчиться так, что на первом входе детектора 12 единица прекратится раньше, чем на втором. Тогда открывается ключ 22 и на выход детектора поступает нулевое напряжение до прекращения единицы на втором входе детектора. Конденсатор 24 во время нали-.5 16191 чия нулевого напряжения на выходе детектора разряжается через резистор 23 и ключ 22.Если единица исчезает вначале на втором входе, то открывается ключ5 21, на выходе детектора появляется 11 11 и ко нденсат ор 24 з аряжа е т с я чере з резистор 2 3 и ключ 2 1 . И нт егр атор 3 собран на операционном усилиО теле по неинвертирующей схеме. Па 1 аллельно интегрирующему конденсатору включен разрядный ключ, управляющий вход которого является входом установки интегратора в нулевое состоя ние,95 6где 11; . - падение напряжения на резисторе 1;КС - постоянная временн интегратора 3;с - время, прошедшее с моментаг 0 фКогда Х становится равным снапряжение на выходе интегратора достигает уровня Г 11,(2) 25 Пороговый элемент 16 представляет собой либо опорный диод (стабилитрон), либо какой-то иной элемент, который имеет динамическое сопротивление, равное бесконечности при напряжении, меньшем, чем напряжение срабатывания этого порогового элемента, и близкое к нулю при напряжении, равном напряжению срабатывания,Работа устройства для измерения отношения сопротивлений может быть пояснена временными диаграммами работы (фиг.2), На Лиг.2 приведены: а - эпюра напряжения на выходе интегратора, б - эпюра напряжения на выходе(элемента И, в - эпюра напряжения на вы- ходе первого компаратора, г - эпира напряжения на выходе элемента 35 ИЛИ-НЕ, е - код на выходе счетчика. Счетчик 9 непрерывно подсчитьвает импульсы генератора 8. В момент появления единиц на выходах старших разрядов счетчика 9 на выходе эле- Ю мента И 10 появляется единица, которая поступает на первый вход 4 ЧД 12, Кроме того, эта единица устанавливает в нуль триггер 11, в.результате чего сброс интегратора прекращается и на .чинает его прямой ход, т.е, линейный рост напряжения на выходе интегратора от нулевого значения со скоростью, пропорциональной падению напряженияиа эталонном резисторе 1. В результа-те установки триггера 11 в нуль на выходе элемента ИЛИ-НЕ. 13 появляется единица, которая поступает на второй вход ФЧД 12.Напряжение на выходе интегратора 55 3 линейно растет со временемЦ:П йг,: -- т (1)1ПятКСЗт Кс срабатывает компаратор 4, и на втором входе ФЧД 12 единица переходит в нуль, так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 3 появляется единица. Если к этому моменту нуль ня выходе, элемента И 10 еще не появился, то на выходе детектора 12 появляется единица, которая сохраняется до появления единицы на выходе элемента И 10. Это приводит к увеличению частоты генератора 8 на время присутствия единицы на выходе детектора 12, а в остальное время к некоторому увеличению напряжения на выходе детектора 12 в результате заряда конденсатора 24, что вызывает небольшое увеличение частоты генератора 8 до следующего появления нуля или единицы на выходе детектора 12. Если к моменту очередного появления единицы на выходе компаратора 4 нуль уже присутствует на выходе элемента И 1 О, то после появления этого нуля на выходе детектора 12 появляется нуль, что приводит к уменьшению частоты генератора 8 на время наличия этого нуля, и к некоторому уменьшению напряжения на выходе детектора 12 в остальное время, Это вызывает некоторое уменьшение частоты генератора 8 до следующего срабатывания компаратора 4 и появления единицы или нуля на выходе детектора 12, что происходит при различных уровнях сигнала на выходах детектора 12.Таким образом, в установившемся режиме частота генератора 8, управляемого напряжением, на выходе ФЧД такая, что срабатьвание компаратора 4 происходит одновременно с появлением нулей на выходах элемента И 10.После момента с,напряжение на выходе интегратора продолжает расти с прежней скоростью и к моменту(3) Срабатывание компаратора 5 вызывает появление единицы на 1-входе триггера 11, в результате чего ближайший импульс генератора 8 устанавливает 10. триггер 11 в единичное состояние, что приводит к появлению положитепьйого перепада на выходе 15 устройства и к переносу в регистр 7 состояния разрядов счетчика 9.15Благодаря укаэанной работе системы автоподстройки частоты генератора 8, которая обеспечивает установку счетчика 9 в "О" в момент срабатывания компаратора 4 (момент с ), вы полняется условие с - сМэт(4)офгде Е - частота генератора; 25И - число импульсов, котороепоступает в счетчик 9 завремя с, - с.Это число постоянное и для счетчика 1Иь9 составляет И . = в . в "- где И4полная емкость счетчика 9.Х моменту срабатывания компаратора 5(с) в счетчик 9 попадает число М импульсов, так как в момент с35 счетчик 9 пер.еполнился и можно запи- сать Их- ах.ч.й 1 Я. Из условий (4) и (5) следует ключ, разряжающий его конденсатор донуля (момент с ) на временной диаг 3рамме.В моментпоявления единицы на выходе элемента И о триггер 11 вновьустанавливается в нуль, и весь процесс измерения отношения сопротивлений повторяется,Из Формулы (7) путем подстановкиГХ = 1 КХ, Пэт = 1 Кэтгде 1 - ток источника 6,получим= (х )" .т.е. Их не зависит от постояннойвремени интегратора и частоты гене-.ратора 8При отсутствии Кх. пороговый элемент16 обеспечивает. прохождение тока пообразиовому резистору 1(й ), и система регулирования частоты генератора8 продолжает функционировать, поэтому при установке в устройство новогоизмеряемого сопротивления К х нуженпереходной процесс установления частоты генератора 8, Если сопротивленияКх Кэт являются сопротивлениями датчйка, отношение которых является информационным параметром, и сопротивление Кх не может принимать значений. близких к бесконечности, то пороговый элемент 16 может отсутствовать.Таким образом, устройство неимеет погрешности ни от измененияемкости интегратора, ни от изменения частоты генератора и, следовательно, обладает большей точностью. Формула изобр ет ения(6) КС, что слет- чтоэт.записать 45-- -И (7)Бх.и Так как ближайшим импульсом генератора 8 после срабатывания второго компаратора триггер 11 устанавливается в.единицуу то число Их из счетчика 9 переносится в регистр 7 и поступает на выход 14 устройства.После установки триггера 14 в вдиницу в интеграторе 3 включается устройство для измерения .отношения сопротивлений, содержащее измеряемый и эталонный резисторы, интегратор, генератор, источник постоянного тока, счетчик, два компаратора, причем вывод измеряемого резистора соединен с перВым выходом источника постоянного. тока и с входом второго компаратора, второй вывод измеряемого резистора соединен с выводом эталонного резистора, с входом первого компаратора и с входом ичтегратора, выход которого соединен с вторыми входами компараторов, второй выход источника постоянного тока соединен с вторым вводом эталонного резистора и с общей шиной, а выход генератора соединен со счетнымвходом счетчика, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с цепью повышения точности, в него введены регистр, 1 К- триггер, фазочувствительный детектор5 элемент И, элемент ИЛИ-НЕ и пороговый элемент, причем выходы счетчика соединены с информационными входами регистра, выход 1 К-триггера соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ, с входом установки интегратора в начальное состояние, с выходом синхронизации, с входом переноса в регистр, выходы которого, а также выход синхронизации являются выходами устройства, выход. элемента И соединен с К-входом 1 К-триггера и с входом Аазочувствительного детектора, с вторым входом которого соединен выход элементаИЛИ-НЕ, выход фазочувствительного детектора соединен с входом генератора,выход которого соединен с С-входом1 К-триггера, К-вход которого соединен с общей шиной, а 1-вход соединен с выходом второго компаратора, .с входами элемента И соединены выходы старпых разрядов счетчика, второйвход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого компаратора, причемвыводы порогового элемента соединеныс выводами измеряемого резистора.1619195 Корректор О. Кравцова а СССР НИИПИ тенияская итета по иэо ква, 3-35, Р Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101 Составитель П.ТарасенкоРедактор И,Горная Техред М,Дидыкаюшвювеюеашее 4 Тираж Государственного ко 113035, Мо