Многозначная мера электрического сопротивления

73059 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 й 27 00 151) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И И К дователоения(57) Изобретение отрительной технике ивано в качествемногопредельных м сится к электроизмеможет быть использоуперпрецизионных гозначных мер электОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство ССМ 1224741, кл, 6 01 В 27/00, 198(54) МНОГОЗНАЧНАЯ МЕРА ЭЛСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве суперпрецизионных многоп редел ьн ых многозначных мер электрического сопротивления и проводимости,Цель изобретения - увеличение пределов и количества показаний мер сопротивления и проводимости при повышении их точности.На чертеже представлена структурная электрическая схема многозначной меры сопротивления и проводимости.Многозначная мера сопротивления и проводимости содержит магнитный компаратор 1 токов, выполненный на двух магнитных сердечниках 2 и 3, двух обмотках 4 и 5 возбуждения, генераторе 6 возбуждения, детекторной обмотке 7, детекторе 8 баланса ампер-витков, регулируемой разрядной обмотке 9, число витков которой устанавливается кодами-сигналами по каналу 10 рического сопротивления - проводимости. Цель изобретения - увеличение пределов и количества показаний меры сопротивлений и проводимостей при повышении их точности. Многозначная мера содержит два операционных усилителя, магнитный компаратор токов, три масштабных управляемых мул ьтирезистора, двухпозиционный переключатель на два направления, при этом магнитный компаратор токов выполнен на двух магнитных сердечниках. двух обмотках возбуждения, генераторе возбуждения, детекторной обмотке, детекторе баланса ампер-витков, регулируемой разрядной обмотке, регулируемой дополнительной обмотке, имеющей два регулирующих вывода, 2 табл.,1 ил. управления, регулируемой дополнительной обмотке 11, требуемые числа витков секций 12 и 13 которой устанавливаются кодами- сигналами соответственно по каналам 14 и 15 управления, операционный усилитель 16, дополнительный операционный усилитель 17, первый, второй и третий управляемые масштабные мультирезисторы 18, 19 и 20, управляющие каналы которыхявляются сигнальными входами 21, 22 и 23 для подачи сигналов управления, первый и второй токовые зажимы 24 и 25, первый и второй потенциальные зажимы 26 и 27, выходной зажим 28, двухполюсный переключатель 29 на два направления с каналом управления, который является входом 30 для подачи сигналов управления. Операционные усилители (ОУ) 16 и 17 имеют вход 31 для подачи сигналов управления компенсацией дрейфа нулей этих усилителей, причем входы 10, 14, 15, 21, 22, 23, 30 и 31 подключены к микропроцессорной системе 32 управления, обработки-представления информации,Устройство работает следующим образом,Работа предлагаемой многозначной меры сопротивления и проводимости основана на преобразовании тока внешней цепи, поступающего в эту меру через токовые зажимы 24 и 25, в напряжение на выходе устройства между его зажимами 26 и 27, а также в напряжение между зажимами 28 и 27.Этот ток 1, протекая через мультирезистор 18, создает между зажимами 26 и 28 падение напряженияО=1 В 1, (1) где Я 1 - сопротивление мультирезистора 18,Реагируя на сигнал (1), ОУ 16 устанавливает величину своего выходного тока 12 такой, что падение напряжения Ог на сопротивлении Я 2 мультирезистора 19 от этого тока становится равным сигналу (1), а именно:1 В = О 1= О 2=11 Я 2 (2)откуда следует, что ток11=.1 Я 1 Вг . (3)При указанном на чертеже установе полюсов переключателя в первое направление ток 1 ОУ 16, протекая через обмотку 9,создает в сердечниках компаратора 1 магнитодвижущую силу (МДС), которая с помощью детекторной обмотки 7 и детектора8 компенсируется встречной МДС, создаваемой обмоткой 11, через которую протекаЕт выхОднОй так 12 датЕктсра 8.Ток 12 определяется из равенства ампер-витков в обмотках 9 и 11;11 В/9 = 12 В/11, (4)гдеи г - токи соответственно в обмотках9 и 11;В/9, В/11 - количества витков соответственно обмоток 9 и 11,Из (4) следует, что токг =11 В/9 В/ 11, (5)После подстановки (3) в (5) последнеепринимает вид12 = 1 В 1 В 2 В/9 В/ 11, (6)Ток 12, поступая на вход ОУ 17 с соп ротивлением Вз мультирезистора 20 в цепи обратной связи этого ОУ, приводит к появлению навыходе последнего напряжения р, равногопадению напряжения на сопротивлении ВзОт така 12, а имЕннО= 2 Вз = 1 В 1 В 2 Вз, (7)Ранее при описании компаратора отмечалось:1) обмотка 9 имеет поразрядное управление числом витков, т.е.В/9 = О, Х 1 Хь Х 7 В/1 (8) где В/1 - сумма витков всех разрядов обмотки 9;Х 1.ХьХ 7 - показания 1.7-го разрядов обмотки 9;5 2) обмотка 11 имеет управляемые подстроечную и процентную секции 12 и 13, т.е.число В/11 действующих ее витков можетчастично изменено в соответствии с уравнением10 В/11 = В/2(1+ У+ У 1 У 2, Уз 10 ), (9)где В/г - число витков обмотки 11 при 7= 0и У 1 У 2 Уз 10 = 0;у - возможное относительное изменение числа витков секции 12 по отношению15 В/2 при подстройке компаратора 1,У 1, У 2, УЗ - показания 1, 2, 3-го разрядовпроцентной секции 13 обмотки 11,После представления (7) в виде20 1=В 1 Я 2 Вз (10)и подстановки в (10) взамен В/9 и В/11 ихзначений согласно (8) и (9) получим, что воспроизводимое (имитируемое) между узламиЗЗ и 34 сопротивлениеЯя == В 1 Яа ВЗ В/1 В/2 О,Х 1 Хь.Х 7"1 У 1 Угуз 10) . (11)При современной технологии можнополучить погрешности д 1, д 2, д з и д 4 от 30 клонений действительных значений сопротивлений Я 1, В 2, Вз и отношения витковВ/1/В/4 = Й 4 по сравнению с их номинальными расчетными значениями Я 1 н Вгн Взн иК 4 н не более 10,002 О , т.е. обеспечить пре 35 дельную погрешность ддействительногозначения масштаба Я 1 Я 2 Взй 4 шкалы (11)по отношению расчетного номинальногозначения этого масштабаВ 1 н В 2 Н ВЗН М 4 Н = 10 Ом ) (12)40 где Р - целое число или нуль, не болеед макс=410,002= 10,0081 , (13)откуда очевидно, что для компенсацииид макс достаточно иметь регулировку у впределах45 -0,0100 о у - 0,0100(14)с дискретностью 0,0001%.При выполнении условия компенсации1+д=о (15)выражение (11) можно заменить более удоб 50 ным приближенным уравнениемЯт = 1= О,х 1 х,х 7 10 (1 йУ 1 У 2 Уз"к 10 ) Ом, (16)допустив при этом погрешность упрощения55 задачиО уз = макс ) = (10 ) = 10, (17)которая в 5 раз меньше погрешности отсчета единицы младшего разряда процентнойсекции 13 обмотки 11.При установе переключателя 29 во второе положение(второе направление) полярность разности потенциалов умежду узлами 33 и 34 становится противоположного знака, т,е, в данном случае имитируется 5 (воспроизводится) сопротивлениеВо 2 = = -О,Х 1.,Хь,Х 710 (1+ У 1 У 2 Уз 10 6) Ом. (18)В табл,1 наряду с (16) (вариант 1) и (18) 10 (вариант 2) указаны еще четыре, т.е. всего шесть основных вариантов использования предлагаемого устройства, когда в качестве первого токового вывода (Т 1), первого потенциального(П 1), второго потенциального 15 (П 2) и второГО токОВОГО (Т 2) ВЫВОДОВ используются указанные в данной таблице для каждого варианта зажимы устройства.При варианте 3 (табл,1) воспроизводимое описываемой мерой сопротивление 20 между узлами 34 и 35из. Й 1 + О,Х 1 ХВХ 710 и81+У(1 + У 1 У 2 Уз 10 )Ом. (19)При варианте 4 (табл,1) воспроизводи мое описываемой мерой сопротивление между узлами 34 и 35К = = К 1- О,Х 1 ХКХ 7 10(1В 1 - , Р+ У 1 У 2 Уз 10 ) Ом, (20) 30Варианты 5 и 6 (табл,1) представляют случаи двухзажимного включения во внешнюю цепь описываемой меры сопротивления и проводимости, когда к воспроизводимым сопротивлением йи 5 и 35 Виб добавляется так называемое нулевое сопротивлениеВо 0,01 Ом, (21) являющееся суммой сопротивлений соединительных проводников при нулевом пока зании меры в режиме воспроизведения сопротивления,С учетом изложенного воспроизводимое мерой сопротивление при варианте 5 (табл.1)45ВР 5 = Во+ ЙИ = Во + 81+ ОХ 1.ХВХ 7 10(1. У 1 У 2.Уз.10 )Ом, (22) а при варианте 6 (табл.1) сопротивление этой мерыВи 6= Во+Вь = Во+ Й 1- О,Х 1.ХВХ 7 10 и (1 + У 1 У 2 Уз 10 Ом. (23)При двухзажимном использовании описываемой меры помимо нулевого сопротивления Рпоследней необходимо учитывать также сопротивление двух проводников для подключения меры к внешней цепи, т.е, итоговая поправка с учетом суммы указанных сопротивлений может быть порядка 0,010 Ом при вариации ".0,001 Ом. Поэтому при точностях Т=10 - 10 эту меру5 7следует применять при двухзажимном подключении в случае воспроизведения его сопротивлений более 10 Ом, при потребности4воспроизведения сопротивлений менее 104 Ом следует использовать данную меру при четырехзажимном подключении к внешней цепи.Компаратор 1 может в каждом разряде обмотки 9 иметь ступень ."1" с отдельным включением. Эти "отрицательные единицы" можно использовать для компенсации членов В 1 в (19) - (23), т.е. для приведения последних к виду (16) или (18).Представление результатов (16), (18) - (23) на дисплее 36 микропроцессорной системы 32 управления, обработки - представления информации не является новой операцией, поэтому не рассматривается.Все возможные случаи программирования и оптимизации разных операций использования описываемой меры являются производными от основных вариантов табл.1. Часть из этих возможностей рассматривается далее для показа существенных отличий и преимуществ этой меры по отношению известных ее аналогов.Предлагаемое устройство пригодно для воспроизведения сопротивлений (проводимостей) свыше 10 Ом (менее 0,1 См) при больших рабочих токах, т.е. для использования в электрических цепях в качестве супер- прецизионных квазирезисторов с мощностями рассеивания в 10 и более раз больше, чем у реальных измерительных резисторов согласно табл,2,П р и м е р 1. При О,Х 1 Х = 1 и У;УъУ= = О; В 1= 10 Ом(01 А х 1 В =01 Вт); 82=10 Ом (0,01 А х 1 В = 0,01 Вт); Вз = 10 Ом (0,01 А х 10 В = 0,1 Вт) воспроизводимое мерой сопротивлениеКи 1 = В 1 В "г Вз 1 = 10 10 о 10 з = 102 Ом. (0,1 А х 10 В = 1 Вт) (24)П р и м е р 2. При О,Х 1 Х 7 = 1 и У 1 У 2 Уз-. =0;В 1=100 м(0,1 Ах 1 В=01 Вт); 82=10 Ом(10 Ах 1 В =10. Вт); Вз=10 Ом(10 А х 10 В = 0,1 Вт) воспроизводимое мерой сопротивлениейи = Й 1 й . 2 Вз 1 = 10 1010 1 = 10 Ом (0,1 Ах 10 В =10 Вт), (25)П р и м е р 3. При О, Х 1 Х 7 = 1 и У 1 У 2 Уз= =0;В 4 = 10 Ом (0,1 А х 1 В = 0,1 Вт); й 2 = 10 Ом(10 Ах 1 В=10 Вт);Яз=10 Ом(10 А х 10 В = 10 Вт) воспроизводимое мерой сопротивлениеВыл = Я Й гну 1 = 10 10 10 = 10 Ом (0,1 дх 10 В =10 Вт) (26)Вообще данная мера может воспроизвести любое сопротивление (проводимость) из массиваО ХХ Х 1 1 О (1 ХУ(УХ Ул 10 0 ЛО,Х,Х 1,Х 1 1011 ХУУХ У 110 Ом(27)О,Х, Л 1.Х 1 10 (1+УУХ,У 1 Я )ОмО,ХХ; Лл.10 иУ,У Ул 1 О 10 м.С помощью микропроцессорной системы 32 любое из сопротивлений В .массива (27) можно представить на дисплее 36 в виде эквивалентной проводимостиСи= й (28) т,е. преобразовать массив(27) в следующий массив проводимостей:(29)Х Х х,.10 1(+У,У,У, 10") С м 1х х;х 1 1011 ЯУ,У,У 1 101)Ом,Таким образом, микропроцессорная система 32 обеспечивает возможность использования описанного устройства вкачестве меры проводимости, посколькуперсонал 37 при помощи каналов 38 диалога может на дисплее 36 микропроцессорнойсистемы 32 установить числовое значениетребуемой проводимости Ои, Затем микропроцессорная система 32 сама произведетпересчет этой проводимости в эквивалентное сопротивлениеВу=6 ья (30)а также установ его величины в моделирующей цепи меры с отображением числовогозначения этой величины на дисплее отдельно или в виде выраженияЯ О,ЛЛ;Хл 10 (АУЛУ,У 1 1 О Ом-(31)ХЛ, Хл 10 "ВХУ,УХ,У 1 1 О"ОмУже в настоящее время производствановых средств измерения и их элементовтребуется выполнение технологических иповерочных измерений не хуже стотысячных и миллионных долей результатов измерений,На базе изобретения за счет его архитектуры (взаимного расположения и соединений составных частей) и выбора вкачестве последних мультирезисторовтрансферов, современных ОУ с коэффициентом усиления более 10 и магнитного7компаратора с точностью Т 10, микровпроцессорной системы управления, обработки-представления информации могутбыть выполнены сверхпрецизионные многопредельные многозначные меры электрического сопротивления и проводимости, пригодные для использования в промышленных условиях и на подвижных объектах,На базе, описанной меры может быть реализован как калибратор тока, так и калибратор напряжения идентичных классов точности, что и данная мера,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения Многозначная мера электрического сопротивления содержащая операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей точкой источников питания операционного усилителя, магнитный компаратор токов, выполненный на двух магнитных сердечниках с регулируемой разрядной обмоткой, первый вывод которой соединен с выходом операционного усилителя, детекторной обмоткой, выводы которой соединены с входами детектора баланса ампер-витков, один выход которого соединен с первым выводом дополнительной обмотки, а также первый и второй токовые зажимы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения пределов и количества показаний меры сопротивлений и проводимости при повышении их точности, в нее введены первый и второй потенциальные зажимы, соединенные соответственно с первым и вторым токовыми зажимами, дополнительный операционный усилитель, первый, второй, третий масштабные управляемые мультирезисторы, двухполюсный переключатель на два направления, при этом магнитный компаратор токов дополнительно содержит генератор возбуждения и две обмотки возбуждения, соединенные последовательно и встречно между выходами генератора возбуждения, а дополнительная обмотка выполнена регулируемой, причем первый и второй выводы являются регулирующими, при этом второй регулирующий вывод регулируемой дополнительной обмотки и второй выход детектора баланса ампер- витков через первый и второй нормально замкнутые контакты двухполюсного переключателя на два направления подключены соответственно к второму токовому зажиму и инвертирующему входу дополнительного операционного усилителя, а через первый и второй нормально разомкнутые контакты - соответственно к инвертирующему входу дополнительного операционного усилителя и второму токовому зажиму, при этом неинвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединен с общей точкой источников питания дополнительного операционного усилителя и с вторым токовым и потенциальным зажимами, первый токовый зажим соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, причем инверти. 1730598 10 резисторы соединены с вторым выводом регулируемой разрядной обмотки магнитного компэратора токов, являющимся выходным зажимом многозначной меры электрического сопротивления. рующий и неинвертирующий входы операционного усилителя и инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя через соответственно первый, второй и третий масштабные управляемые мульти Таблица 1Основные варианты испольэпвяния предлагаемого устройства Подклюыение к внеюней цепи (Вц)Вариант Т П ПТ Гюлоыение Воспрпияводмое сопротивлениепереключателя 29+ К+Ко = Кив е К+ Ко д Кие Таблица 2 Знагания рабочих токов",ЛД (напрявений О Г 1 дпя сезнстоаоа с сопротивлением К(онД при мптмостях рассеяия Р(от 11730598Составитель А,Чернов едактор М.Петрбва Техред М,Моргентал Корректор Н,Туп аказ 1511 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101