Компаратор сопротивлений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 80026 А 5)5 6 01 В 17/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ динение "Кра лений РЗ ИВЛЕНИИ ительной технимпараторах со 1 х номиналов, паратор содерибратор напрявыводами 2,3 и ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(57) Использование: в измерке, преимущественно в копротивлений высокоомнСущность изобретения: кожит четырехзажимный калжения 1 с двумя токовыми двумя потенциальными выводами 4,5, измеряемый резистор 6 с двумя токовыми зажимами 7,8 и двумя потенциальными зажимами 9,10, образцовый резистор 11 с двумя токовыми зажимами 12,13 и двумя потенциальными зажимами 14,15, калибратор тока 16 с двумя выходами 17,18, компенсатор тока 19 с двумя входами 20,21 и двумявыходами 22,23, резистор 24, измеритель выхода 25 с двумя входами 26,27, коммутатор тока 28. с входом 29 и двумя выходами 30,31, два коммутатора потенциальных цепей 32,36, общую шину 40, В устройстве исключается влияние шунтирующей изоляции и помех, 4 ил.20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике, а именно к компараторам сопротивлений преимущественно еьСакоамных номиналов,Известен компаратор сопротивлений 1), выполненный по схеме активного моста,Недостатком этого компаратора является возможность прецизионного компарироелния только равнономинальных резисторов, т,е, резисторов с примерно равными значениями величийы сопротивлений, Другим недостатком упомянутого кампзратора является включение образцового резистора в низкопотенциальные цепи повторителя тока активного моста, что приводит к соответственному снижени 1 о точности при увеличении номинальных значений сопротивлений компарируемых резисторов вследствие шунтирующего эФФекта изоляции и возрастания помех.Известно такке устройство для компарироеания сопротивлений 2), реализующее пате 11 циометрический способ компарироеания, вь 1 бранное в качестве прототипа. Устройства содеркит калибратор напряжения и калибратор тока, ус) ройстео для сравнения напряжений, коммутатора, В отличие от аналога, прототип предназначен для компарироеания как раенономинальных, так и нераенанаминальных резисторов.Недостатком прототипа является возрастание погрешности при увеличении значения сопротивления компарируемых РЕЗИСтагов ВСЛЕДСтеИЕ УМЕНЬШЕНИЯ ЧУВСТ- вительности схемы, вг 1 ияния шунтирук)щей лзол-ции и помех и сооветственно снижения 1 очности при измерении.Целью изобретения является павыше 1 гие точнас.ги измерения резисторов.Поставленная цель достигается тем, что е компаратор сопротивлений, содержащий четырехэажимнь 1 й калибратор напряжения, четырехзажимный образцовый резистор, четыре закима для подкл 1 очения измеряемого резистора, калибратор тока, первый и второй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и первый и второй выходы и измеритель выхода, введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этом первый токовый выход калибратора напряжения соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом для падклочения измеряемого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим для подключения измеряемого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсаторэ тока и через резистор с первым входом измерителя выхода, второй токавыи выход калибратора напряжения, вторые еь 1 ходь 1 калибратора тока, компенсатара така и вторые входы компенсатара тока и измерителя выхода соединены с общей шиной входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соотве 1 стеенно с первым и вторым потенциальными выходами калибратора напряжения, первый и вгорой выходы первого коммутатора потенциальных цепей соединены соотве)- ственно с первым потенциальным закимом для подключения измеряемого резистора и с первым потенциальным зажимом образцового резистора, а первый и второй еь 1 ходы второго коммутатора погенциальных цепей соединены с вторым потен 11 иальны 11зажимом для подключения измеряемого резистора и вторым потенциальным закимомобразцового резистора,На Фиг,1 представлена схема предлагаемого компаратора сопротивлений; на фиг.2- упрощенная схема для пояснения работы. устройства па фиг.1; на фиг,3 и 4 псясняегся рабога устройства.Компаратор сопротивлений содеркит четырехэажимный калибратор 1 напряже ния (КН 1) с первым 2 и вторым 3 гокоеыми выводами (Т 1,Т 2). первым 4 и вторым 5 потенциальными выводами (П 1,П 2). Измеряемый резистор Вх 6 с первым 7 и вторым 8 токовыми закимами и первым 9 и вторым 10 потенциальными зажимами, образцовый резистор 11 (Вк) с первым 12 и вторым 13 токовыми закимами и первым 14 и вторы 11 15 потенциальными зажимами: калибратор тока 16 (КТ 16) с первым 17 и вторым 18 выходами, компенсатор тока 19 с первым 20 и вторым 21 входами и первым 22 и вторым 23 выходами; резистор 24 Я компенсаторв тока 19, первый 26 и второй 27 входы изм- рителя выхода 25. коммутатора тока 28 г. входом 29 и первым 30 и вторым 31 выхода ми; первый коммутатор потенциальных це пей 32 с входом 33 и выходами 34,35: е) аро 1 коммутатор потенциальных цепей 36 с входом 37 и выходами 38,39; общую шину ус)- ройства 40 фиг.1). Выход 2 КН 1 присоединен к первым токовым зажлмам 7,12 измерЯе 1 лсга 6 (Вх) и образцового 11 (В 1 ч) резисторов, етарь 1 е токовые зажимы 8,13 которых соединены с первым 30 л вторым 31 выходами коммутатора тока 28, вход 29 которого непосредс). веннз соединен с первым выходам К 16, а через резистор 24 В) - с первым входом 26 измерителя выхода 25 и с первым еыхадо 1. 22 компенсатора тока 19, первый вход которого соединен с входом 29 коммутатора то 1780026ка 28 и через него разновременно соединены с зажимами 8,13 резисторов б (Ях), 11 (В 1 ч), при этом вторые выходы 3 КН 1, 18, КТ 16, 23 компенсатора тока 19, совместно с вторыми входами 21 компенсатора тока 19 и 27 измерителя выхода 25 присоединены к общей шине 40 устройства, Измеряемый б (Вх) и образцовый 11 (Вм)резисторы выполнены с первыми 9,14 и вторыми 10,15 потенциальными зажимами, КН 1 снабжен дополнительными первыми 4 и вторым 5 потенциальными выходами, при этом входы 33,37 первого 32 и второго 36 коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым 4 и вторым 5 потенциальными выходами КН 1, выходы 34,35 коммутатора потенциальных цепей 32 соединены с первым потенциальным зажимом 9,14 резисторов б(В).11(Ви)выходы 38,39 коммутатора 36 соединены со вторыми потенциальными зажимами 10,15 резисторов б(Я), 11(Вм), при этом коммутация выполнена таким образом, что одновременно коммутируются потенциальные и токовый .зажимы каждого из резисторов.Работа компаратора сопротивлений поясняется фиг.2 и 3, В положении Х (замкнут.ы контакты 29 и 30 коммутатора 28) напряжение КН 1 создает ток 1 х, который в основном компенсируется током 1 к, создаваемым калибратором тока 16.Компенсатор тока 19. содержащий операционный усилитель и образующий совместно с резистором 24 систему с глубокой отрицательной обратной связью, создает ток 1 х, компенсирующий разность токов 1 х и 1, таким образом, что результирующий ток, протекающий между входами 20,21 компенсатора 19, равен нулю, соответственно равно нулю и напряжение между упомянутыми зажимами.Аналогичным образом устройство работает в положении Й (замкнуты контакты 29,31 коммутатора 28). В этом случае компенсатор тока 19 создает ток 1, компенсирующий разность токов 1 и и 1 к, Сопротивление Й служит для преобразования тока 1 к в напряжение, т.е, 02,1 = Оных = 1 ВНа фиг. и в тексте описания имеются следующие дополнительные обозначения;1, 1 хн - ток, протекающий через резистор б и его номинальное значение;Ох, Охн - напряжение на резисторе б иего номинальное значениеЯх, Вхн - сопротивление резистора б иего номинальное значение; 1 ы - ток, протекающий через резистор11:Ои - напряжение на резисторе 11;(3) 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Вм - сопротивление резистора 11;ЬВ-- относительная погрешность реЙхзистора б;Й - сопротивление резистора 24:Овыхх, Оыи - напряжения на выходеизмерителя выхода 25 в положениях Х и Исоответственно,Устройство может быть использованодля выполнения двух видов измерений; дляопределения отношения сопротивления резистоРа Йх к сопРотивлению РезистоРа Й 1 ч,т.е. для определения величины сопротивления резистора Йх в единицах сопротивления Ям; для определения относительной .погрешности сопротивления резистора ВЛВ/Вх, При определении отношений сопротивлений резисторов Ях и Йц (Йх/Ям)калибратор тока 16 в каждом из положенийХ и й устанавливает ток 1 = 1 н, которыйзатем разновременно посредством изменений напряжения Ох (положение Х) и Ои (положение И) компенсируется напряжениемОх и Ои таким образом, чтобы в каждом изположений напряжения Оаыхх = Овыхм=0, чтосоответствует соотношениям При этом напряжения О, и Ои определяются соотношениями откуда определяется отношение сопротивлений Йх Ох, Ох- Вх - Ъ Вм ОмОи При необходимости устройство можно выполнить так, чтобы отсчет величины сопротивления Йх резисторов производился непосредственно по отсчетному устройству калибратора 1, Например, если принять Йи = 100 кОм. Ои = 100 В; 1 н = 1 мА, то 0 =- =100 В будет соответствовать В = 100 кОм. Соответственно, О = 50 В будет соответствовать Вх = 50 кОс, т,е,и отсчет величины Вможет производиться по отсчетному устройству калибратора 1 с соответственным масштабным коэффициентом.При определении относительной погрешности Ь В/В резистора б Я в соответствии со спецификой прецизионных1780026 5 10 15 20 венно иэ присоединения потенциальных зажимов 9,10 резистора 6 к потенциальнымзажимам 4 и 5 КН 1. Аналогичным образомв положении М имеет место четырехзажимное включение резистора 11,0 На фиг,1 представлен вариант электрической схемы устройства. Возможныдругиеварианты электрических соединений, в час- .тности первый вход 20 компенсатора 19 безнарушения сущности изобретения может5 быть соединен с входом 37 коммутатора 36.В случае необходимости поддерживатьстабильный тепловой режим на резисторахвозможно, в частности, при равнономинальных измеренИях соединять свободный заО жим 8 или 13 с общей шиной 40 на времяприсоединения другого зажима к выходу калибратора тока 16.Вследствие присоединения всех электронных устройств компаратора сопротивле 5 ний к общей шине, в нем отсутствуютпомехи, снижающие точность измерения,Формула изобретенияКомпаратор сопротивлений, содержащий четырехзажимный калибратор напря 0 жения, четырехзажимный образцовыйрезистор, четыре зажима для подключенияизмеряемого резистора, калибратор тока,первый и второй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и5 первый и второй выходы и измеритель выхода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения сопротивления резисторов, в него введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этомпервый токовый выход калибратора напря(5) где Л йх - 1 ч Овых= кх Й= измерений предполагаются известными его номинальное значение, величина тока 1 н, при которой будет производиться измерение, номинальное значение напряжение на измеряемом резисторе 6 Охн =нйх. Значение сопротивления образцового резистора 11 Вч, значение напряжения на образцовом резисторе Оч = 1 нйч.На первом этапе в положении Й производится калибровка КТ 16. Для этого на КН 1 устанавливается напряжение О, при котором через резистор Вч течет ток 1 н = Ои/йч и КТ 16 регулируется так, чтобы значение тока х компенсатора 19 было равным нулю. т.е.1 к = 1 н - 1 к = 0; 1 ч = 1 н, Овыхй = О, (4) На втором этапе в.положении Х на КН 1 устанавливают напряжение Охн и по измерителю выхода 25 отсчитывают напряжение Овыхх ОнОвыхх1 ххР = (-р; -- 1 н) =х,1,рВхЛйх 1откуда " = -- ОвыххЙх 1 н 1 Таким образом, устройство позволяет отсчитать в масштабе 1 нй относительную погрешность измеряемого резистора.Возможно отказаться от точного уравнивания тока Ъ = 1 н и тока 1 х на первом этапе в положении М, а использовать напряжениеО ч=( -1) В.Ф в качестве поправки к напряжению Овых 1, В этом случаеТаким образомЬйх 1- (Овыхх + Овых ч) (6) 25345 В данном случае относительная погрешность сопротивления Л йх/Вх определяется через сумму выходных напряжений в положениях Х и И.Исключение влияния сопротивления потенциальных цепей на результат измерения поясняется фиг,4, Компаратор работает аналогично устройству на фиг.2 с тем отличием, что благодаря коммутации потенциальных цепей коммутатора 32,36 напряжения Ох и Оч формируются между потенциальными зажимами 9,10 резистора 6 и 14,15 резистора 11. Коммутаторы потенциальных цепей 32,36 работают синхронно с коммутатором тока 28 таким образом, что в.положении Х замкнуты попарно контакты 33-34, 37 - 38, 29 - 30, а в положении М - контакты 33 - 35. 37-39, 29-31. Как следует из фиг.4, где указано соединение цепей для положения Х, ни одна из потенциальных цепей (4-33-34-9 и 5-37-38-10) не обтека.ется током и соответственно имеет место четырехзажимное включение резистора 6. Для обеих цепей это следует непосредст 1780026 10жения соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом для подключения измеряемого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим для подключения измеряемого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсаторэ тока и через резистор с первым входом измерителя выхода, второй токовый выход калибратора напряжения, вторые выходы калибратора тока, компенсатора тока и вторые входы компенсатора тока и измерителя выхода соединены с общей шиной,входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым и вторым потенциальными выходами калибратора напряжения, пер вый и второй выходы первого коммутаторапотенциальных цепей соединены соответственно с первым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и с первым потенциальным за жимом образцового резистора, а первый ивторой выходы второго коммутатора потенциальных цепей соединены с вторым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и вторым по тенциальным зажимом образцовогорезистора.Составитель Т.ЕфименТехред М.Моргентал рректор Е,Па ктор Заказ 4434 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101