СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения малых активных сопротивлений.

Известен способ измерения величины сопротивления (ЕР №0483494), основанный на измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении, при котором поддерживается постоянный измерительный ток через измеряемое сопротивление с помощью операционного усилителя, а изменение пределов измерения производится путем подключения одного эталонного сопротивления из группы. Такой подход невозможен при измерении сопротивления индуктивного объекта, т.к. при этом интервал времени с момента включения измерительной схемы до установления стабильных показаний будет очень длительным, напряжение, создаваемое на эталонном сопротивлении, не измеряется, а для обеспечения точности измерения требуется генерация всегда известной величины тока.

Известно устройство для измерения величины сопротивления (патент ЕР №0483494), содержащее источник опорного напряжения, соединенный с операционным усилителем, который своим неинвертирующим входом соединен с одним из полюсов источника опорного напряжения, а инвертирующий вход опорного усилителя соединен с подводящим кабелем, который связан с первым вводом эталонного сопротивления, второй ввод которого соединен с землей. Выход первого операционного усилителя соединен через измеряемое сопротивление с первой узловой точкой, которая связана со вторым подводящим кабелем, представленным на схеме в виде активного сопротивления и соединенным с первым вводом эталонного сопротивления. Выход первого операционного усилителя соединен с входом схемы вычитания напряжения, второй вход которой соединен с первой узловой точкой. Схема вычитания напряжения содержит второй и третий операционные усилители и вспомогательные схемы измерения сопротивления. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя, работающий по схеме преобразования импеданса, связан со вторым входом схемы вычитания напряжения, а его инвертирующий вход - с его собственным выходом. Инвертирующий вход третьего операционного усилителя связан с первым подсоединительным вводом схемы вычитания напряжения через первый резистор и с ее выходом через второй резистор, при этом величины сопротивлений первого, второго, третьего и четвертого резисторов равны между собой.

Недостатком данного устройства является то, что через резисторы R1 и R2 может протекать ток в случае, если потенциалы точки А1 и точки Е1 не равны в точности между собой, и, как следствие, точно не известен ток, протекающий через измеряемое сопротивление, что сказывается на точности измерений. Кроме того, переключение пределов измерения производится при помощи набора эталонных резисторов через управляемые коммутаторы в цепи протекания измерительного тока, что может быть недопустимо при работе с индуктивными объектами.

Известен способ измерения электрического сопротивления (патент US №4698584), основанный на использовании емкостного разряда для создания высокого тока через объект измерения в течение короткого времени. При данном методе падение напряжения на эталонном сопротивлении и на неизвестном сопротивлении интегрируется аналоговым способом с последующим вычислением измеряемого сопротивления.

Данный метод применим для измерения сверхмалых сопротивлений объектов, практически не имеющих индуктивной составляющей. Формируют измерительный ток, создают первый сигнал, соответствующий величине измерительного тока, создают второй сигнал, пропорциональный величине измерительного тока и сверхмалому электрическому сопротивлению, интегрируют эти сигналы по отношению ко времени, начиная с одного и того же момента. Сравнивают первый интегрированный сигнал с опорным сигналом, имеющим заранее определенную амплитуду, прекращают интегрирование, когда сравнение первого интегрированного сигнала с опорным напряжением указывает, что интегрированный сигнал достиг заранее определенной амплитуды, а второй интегрированный сигнал имеет амплитуду, которая составляет меру сверхмалого электрического сопротивления.

Недостаток данного способа заключается в том, что данный метод не применим для индуктивных объектов, например трансформаторов, где при формировании кратковременного тока с помощью емкостного разряда не устанавливается стабильное, характерное для этого тока падение напряжения на измеряемой обмотке, кроме того, резкое изменение тока от значений порядка 30-20А до 0А за короткое время вызывает появление большой ЭДС самоиндукции, что может привести к повреждению оборудования и риску для обслуживающего персонала.

Известно устройство для измерения сопротивления (патент US №4698584), содержащее источник тока, включающий группу батарей, для преобразования постоянного напряжения в постоянное напряжение, для повышения амплитуды напряжения до требуемого уровня, при этом источник тока заряжает конденсатор, являющийся фактически аккумулятором электрической энергии, и резистор, имеющий сопротивление, выбранное для ограничения до определенного предела измерительного тока, выход источника тока соединен с шунтирующим резистором, соединенным через проводящий объект, имеющий сверхмалое сопротивление, которое должно быть измерено, с электронным ключом, а также ключ кнопочного типа, соединенный одним своим вводом с землей, а вторым вводом - с входом генератора импульсов, который выдает на своем выходе импульсы в ответ на замыкание ключа. Последовательность импульсов передается в схему контроля каждого измерительного цикла, выход которой соединен с изолирующей и фазосдвигающей схемой, связанной своим выходом с электронным ключом, а также с фазосдвигающей схемой, имеющей выход на схему сброса, соединенную с интегратором, входы которого соединены с вводами резистора, а выход интегратора соединен с одним из входов компаратора, второй вход которого соединен через источник напряжения с землей, выход компаратора соединен также через моностабильную схему сброса со схемой управления и через вторую моностабильную схему - с индикатором, а усилитель включает два входа, подсоединенные к объекту с измеряемым сопротивлением, а выход усилителя малых сигналов соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с компенсационным конденсатором, выход интегратора через схему сброса соединен с фазосдвигающей схемой и через переключатель - со схемой дискретизации, при этом выход фазосдвигающей схемы соединен через инвертирующую схему с переключателем, а схема дискретизации соединена с устройством индикации.

Данное устройство не позволяет учитывать требования объекта измерения по току и напряжению, что может привести к повреждению оборудования при работе с индуктивными объектами и повреждению “р-n” переходов при работе с полупроводниковыми элементами.

Известен метод измерения величины импеданса (патент GB №2166555), наиболее близкий к предлагаемому, в соответствии с которым формируют первое напряжение, прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестный импеданс, соединенный последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, масштабируют первое напряжение в соответствии с выбранным числом и получают второе напряжение, сравнивают второе напряжение с падением напряжения на неизвестном импедансе, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное первое напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном импедансе до тех пор, пока второе напряжение не будет равно с заданной точностью измеряемому, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного импеданса.

Недостатком данного метода является то, что при этом ослаблению подвергается напряжение на участке цепи, содержащем эталонный импеданс, неизвестный импеданс и импеданс подводящих проводов, что приводит к недостаточной надежности и точности способа. При использовании данного метода обеспечивается точность 1%, что не приемлемо для метрологических измерений. Кроме того, данный метод исключает переключение пределов измерения и обеспечивает диапазон измерения от 0.01 величины эталонного импеданса до 100 величин эталонного импеданса, что далеко недостаточно для применения его на промышленных объектах, в частности при поверке трансформаторов. Кроме того, не контролируется величина тока, протекающего через объект измерения, скорость нарастания тока при включении источника напряжения, что не позволяет использовать данный метод для измерения импеданса высокоиндуктивных объектов. Также не контролируется величина тока, протекающего через подводящие провода, из-за этого невозможно обеспечить проверку работоспособности и проверку надежности подключения к объекту без вспомогательных средств. Отсутствие контроля температуры измерительной схемы приводит к недостаточной точности и надежности способа. Данный способ также обладает недостаточным быстродействием при измерении сопротивления обмоток трансформаторов из-за длительных переходных процессов, сопутствующих установлению постоянного напряжения на обмотке объекта измерения при протекающем через нее токе.

Известно устройство для измерения импеданса (патент GB №2166555), содержащее источник напряжения, усилитель, соединенный с последовательной цепью, содержащей неизвестный и эталонный импедансы, расположенные между выходом усилителя и землей, при этом выход усилителя соединен с входом цифроаналогового преобразователя или программируемого аттенюатора, выход которого соединен с положительным входом компаратора, второй вход которого соединен через регистр последовательных приближений с отводкой между эталонным и измеряемым сопротивлениями, выход компаратора соединен с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя.

Недостатками указанного способа и устройства являются следующие:

- недостаточная точность измерения, так как не контролируется температура измерительной схемы и обеспечивается точность не более 1% от измеряемой величины, что не приемлемо для метрологических измерений;

- недостаточное быстродействие при измерении обмоток трансформаторов по причине длительных переходных процессов, сопутствующих установлению постоянного напряжения на обмотке объекта измерения при протекающем через нее токе;

- недостаточный диапазон измерений из-за исключения переключения пределов измерения;

- недостаточная надежность по причине того, что в качестве опорного напряжения используется напряжение, сформированное на участке цепи, содержащем эталонный импеданс, неизвестный импеданс и импеданс подводящих проводов, а также не контролируется величина тока, протекающего через объект измерения;

- невозможность обеспечить проверку работоспособности и надежности подключения к объекту без вспомогательных средств, так как не контролируется величина тока, протекающего через подводящие провода.

Технический результат выражается в усовершенствовании метода и устройства измерения активного сопротивления.

Техническая задача, решаемая предлагаемыми вариантами способов и устройством, направлена на повышение точности измерения, повышение быстродействия, расширение диапазона измерения, повышение надежности, проверку надежности подключения объекта.

Для решения поставленной задачи по известному способу измерения активного сопротивления, заключающемуся в том, что прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестное сопротивление, соединенное последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, формируют опорное напряжение, формируют произведение опорного напряжения и выбранного числа, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное опорное напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном сопротивлении, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного сопротивления, согласно изобретению создают и поддерживают температуру внутри измерительного прибора в заранее заданных пределах, формируют заданный измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения, выбирают коэффициенты усиления для усилителей опорного и измерительного трактов, производят измерение смещения нуля усилителей и измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении относительно сформированного опорного напряжения, величину неизвестного активного сопротивления определяют на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения сопротивления эталонного резистора, при этом значение неизвестного сопротивления определяют по формуле:

Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2), где:

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.

Согласно изобретению:

- предварительно производят измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещение нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, для определения предела измерения;

- все измерения осуществляют с частотой, по меньшей мере, 1 кГц.

2. Для решения поставленной задачи по известному способу измерения активного сопротивления обмотки трансформаторов, заключающемуся в том, что прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестное сопротивление, соединенное последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, формируют опорное напряжение, формируют произведение опорного напряжения и выбранного числа, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное опорное напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном сопротивлении, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного сопротивления, согласно изобретению создают и поддерживают температуру внутри измерительного прибора в заранее заданных пределах, формируют заданный измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения, на свободной обмотке трансформатора формируют последовательность импульсов подготовки измеряемой обмотки трансформатора до тех пор, пока на последней не установится постоянное падение напряжения, выбирают коэффициенты усиления для усилителей опорного и измерительного трактов, производят измерение смещения нуля усилителей и производят измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении относительно сформированного опорного напряжения, формируют нулевой измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного убывания от заданного значения до нуля, на свободной обмотке трансформатора формируют последовательность импульсов подготовки измеряемой обмотки трансформатора до тех пор, пока на последней не установится пренебрежимо малое падение напряжения, при этом величину неизвестного активного сопротивления измеряемой обмотки трансформатора определяют на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения сопротивления эталонного резистора, при этом значение неизвестного сопротивления определяют по формуле:

Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),где:

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.

Кроме того:

- последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют таким образом, что произведения амплитуды и длительности импульсов составляют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, а паузы между импульсами не превышают длительности импульсов;

- форму последовательности импульсов подготовки объекта измерения изменяют до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении;

- последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют на нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно.

3. Для решения поставленной задачи известное устройство для определения активного сопротивления, содержащее последовательно соединенные неизвестное сопротивление и эталонный резистор, блок формирования заданного напряжения в измерительной цепи, программируемое средство масштабирования опорного напряжения, компаратор, средство индикации, согласно изобретению дополнительно снабжено дифференциальным усилителем, блоками усилителей опорного и измерительного трактов, блоком подготовки объекта измерения, блоком контроля температуры, при этом вход-выход центрального процессорного устройства соединены с входом-выходом блока контроля клавиатуры и дисплея, блока контроля температуры, блока подготовки объекта, блоков усилителей опорного и измерительного трактов, блока аналого-цифрового преобразователя, содержащего две одинаковых цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, усилителя ошибки и компаратора, при этом вход-выход каждого компаратора соединен с входом-выходом процессорного устройства, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход которого через преобразователь ток/напряжение соединен с входами сумматоров обеих цепей, а второй вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом источника опорного напряжения, который также соединен с входами сумматоров обеих цепей, а блок генератора тока содержит два генератора, выход первого генератора тока соединен с токовым вводом первого эталонного резистора, потенциальные выводы которого соединены с контролирующими входами первого генератора, один из выходов второго генератора соединен с токовым вводом второго эталонного резистора через неизвестное сопротивление, потенциальные выводы второго эталонного резистора соединены с входами второго генератора и с входами дифференциального усилителя, соединенного с усилителем опорного тракта, выход которого соединен с входом сумматора первой цепи блока аналого-цифрового преобразователя, а один из выводов неизвестного сопротивления соединен с входом блока усилителя измерительного тракта, при этом второй вывод неизвестного сопротивления соединен с общей шиной;

- генератор тока выполнен с возможностью контроля величины тока, протекающего через неизвестное сопротивление, с обеспечением требований параметров тока;

- генератор тока выполнен с возможностью плавной регулировки измерительного тока в соответствии с напряжением, измеренном на неизвестном сопротивлении;

- генератор тока выполнен с возможностью формирования, по меньшей мере, четырех измерительных постоянных токов, и возможностью плавного повышения тока от нуля до требуемого значения и снижения от фиксированного значения до нуля;

- генератор тока выполнен с возможностью использования, по меньшей мере, двух генераторов тока с использованием соответственно двух эталонных резисторов, с возможностью контроля напряжения на эталонных резисторах;

- генератор тока выполнен с возможностью формирования нулевого тока через один из генераторов тока и формирования тока от нуля до заданного значения через второй генератор;

- генератор тока выполнен с возможностью использования емкостного разряда для создания кратковременного тока большой величины, величина которого может поддерживаться постоянной в течение промежутка времени, необходимого для измерения;

- генератор тока выполнен с возможностью формирования тока в прямом и обратном направлении для учета термоЭДС;

- генератор тока выполнен с возможностью подключения к токовым и потенциальным клеммам устройства и выдачи регулируемого тока через любую пару подводящих проводов с обеспечением контроля надежности подключения;

- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью формирования знакопеременной последовательности импульсов заданной формы, причем паузы между импульсами не превышают длительности импульсов;

- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью формирования последовательности импульсов во время формирования генератором тока плавно нарастающего или убывающего тока, и возможностью регулировки и изменения режима в зависимости от величины тока и режима работы генератора тока;

- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью регулировки и изменения формы последовательности выдаваемых импульсов в зависимости от результата измерения;

- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью контроля тока, протекающего через свободную обмотку объекта измерения (трансформатора);

- блок подготовки объекта измерения выполнен с возможностью подключения к нескольким свободным обмоткам трансформатора одновременно с формированием для каждой из них заданной последовательности импульсов напряжения знакопеременной полярности.

Создание и поддержание температуры внутри измерительного прибора в заданных пределах с помощью блока контроля температуры позволяет установить в заданных пределах рабочую температуру схемы, что обеспечивает неизменность электрических характеристик элементов схемы, в том числе эталонного резистора, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений.

Формирование измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения с помощью генератора тока позволяет исключить влияние переходных процессов на результат измерения, что повышает точность измерения. Кроме того, обеспечиваются требования к току, протекающему через неизвестное сопротивление, что повышает надежность способа.

Выбор коэффициентов усиления для усилителей опорного и измерительного трактов с помощью блока центрального процессорного устройства позволяет более точно отрегулировать процесс измерения и использовать блок аналого-цифрового преобразования с максимальной эффективностью, что позволяет расширить диапазон измерений и повысить точность измерения.

Измерение смещения нуля усилителей с помощью блока аналого-цифрового преобразователя позволяет учесть погрешность, вносимую усилителями, что повышает точность измерения, особенно при измерении сверхмалых сопротивлений.

Формирование опорного напряжения с помощью источника опорного напряжения повышает надежность осуществления способа, так как появляется возможность проводить измерения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении и смещения нуля усилителей относительно одного и того же неизменного во времени опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы. Также устраняется неопределенность результата измерения при обрыве в измерительной цепи из-за отсутствия опорного напряжения, взятого с измерительной цепи, что повышает надежность способа. Кроме того, использование независимого стабилизированного опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы, позволяет повысить точность измерения в отличие от использования для этих целей падения напряжения в измерительной цепи, которое может быть нестабильным из-за внутренних процессов в объекте измерения и наводок на подводящие провода.

Определение величины неизвестного активного сопротивления на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения эталонного резистора при заданной рабочей температуре позволяет учесть основные факторы, влияющие на погрешность измерения, и исключить их влияние, что позволит значительно повысить точность измерения.

Предварительное измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, а также измерение смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, позволяет быстро оценить величину неизвестного сопротивления и определить предел измерения, на котором следует проводить точное измерение величины неизвестного сопротивления, что повышает быстродействие способа.

Измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей с частотой не менее 1 кГц позволяет исключить влияние низкочастотных флуктуаций измерительного тока, и, таким образом, повысить надежность предлагаемого способа. Кроме того, это позволяет проводить усреднение измеренных величин по времени или их интегрирование по времени, что повышает точность измерения.

Проверка подключения к объекту с помощью генератора тока позволяет убедиться в надежности электрического контакта между подсоединительными клеммами объекта и подсоединительными проводами.

Согласно 2-му варианту способа:

Создание и поддержание температуры внутри измерительного прибора в заданных пределах с помощью блока контроля температуры позволяет установить в заданных пределах рабочую температуру схемы, что обеспечивает неизменность электрических характеристик элементов схемы, в том числе эталонного резистора, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений.

Формирование измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения с помощью генератора тока позволяет исключить влияние переходных процессов на результат измерения, что повышает точность измерения. Кроме того, обеспечиваются требования к току, протекающему через неизвестное сопротивление (например, предельное значение рабочего тока, протекающего через обмотку трансформатора), что повышает надежность способа и безопасность эксплуатации.

Формирование на свободной обмотке трансформатора последовательности импульсов подготовки объекта измерения с помощью блока подготовки объекта позволяет достичь более быстрого установления постоянного падения напряжения на неизвестном сопротивлении (обмотке), что повышает быстродействие способа.

Выбор коэффициентов усиления для усилителей опорного и измерительного трактов с помощью блока центрального процессорного устройства позволяет более точно отрегулировать процесс измерения и использовать блок аналого-цифрового преобразователя с максимальной эффективностью, что позволяет расширить диапазон измерений и повысить точность измерения.

Измерение смещения нуля усилителей с помощью блока аналого-цифрового преобразователя позволяет учесть погрешность, вносимую усилителями, что повышает точность измерения, особенно при измерении сверхмалых сопротивлений.

Формирование опорного напряжения с помощью источника опорного напряжения повышает надежность способа, так как появляется возможность проводить измерения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении и смещения нуля усилителей относительно одного и того же неизменного во времени опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы. Также устраняется неопределенность результата измерения при обрыве в измерительной цепи из-за отсутствия опорного напряжения, взятого с измерительной цепи, что повышает надежность способа. Кроме того, использование независимого стабилизированного опорного напряжения, сформированного внутри измерительной схемы, позволяет повысить точность измерения в отличие от использования для этих целей падения напряжения в измерительной цепи, которое может быть нестабильным из-за внутренних процессов в объекте измерения и наводок на подводящие провода.

Формирование нулевого измерительного тока в измерительной цепи путем его плавного убывания от заданного значения до нуля с помощью генератора тока позволяет оставлять объект (трансформатор) в состоянии, наиболее подходящем для последующих измерений, что повышает надежность способа. При этом также обеспечивается безопасность эксплуатации при переключении пределов измерения и при отключении прибора от высокоиндуктивного объекта (трансформатора).

Формирование на свободной обмотке трансформатора последовательности импульсов подготовки объекта измерения до тех пор, пока на неизвестном сопротивлении (обмотке) не установится пренебрежимо малое падение напряжения с помощью блока подготовки объекта, позволяет ускорить переходные процессы, что повышает быстродействие способа.

Определение величины неизвестного активного сопротивления на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения эталонного резистора при заданной рабочей температуре позволяет учесть основные факторы, влияющие на погрешность измерения, и исключить их влияние, что позволит значительно повысить точность измерения.

Формирование последовательности импульсов подготовки объекта измерения с помощью блока подготовки таким образом, что произведения амплитуды и длительности импульсов составляют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, паузы между импульсами не превышают длительности импульсов, позволяет решить техническую задачу - ускорение переходных процессов.

Изменение формы последовательности импульсов блоком подготовки объекта измерения до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении, позволяет подобрать оптимальный режим ускорения переходных процессов, что дополнительно повышает быстродействие способа.

Формирование последовательности импульсов подготовки объекта измерения на нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно при помощи блока подготовки объекта позволяет создать условия для равномерного протекания переходных процессов внутри объекта измерения (трансформатора), что обеспечивает высокую надежность способа и безопасность эксплуатации.

Согласно п.10 формулы.

Снабжение устройства дифференциальным усилителем позволяет измерять падение напряжения на эталонном резисторе относительно общей шины, связанной с одним из выводов неизвестного сопротивления, исключает влияние подводящих проводов на результат измерения, что позволяет повысить точность измерения. Кроме того, становится возможным измерять падение напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении с помощью одного и того же блока аналого-цифрового преобразователя, что также повышает надежность работы устройства и точность измерений.

Снабжение устройства блоками опорного и измерительного трактов позволяет точно измерить напряжение на неизвестном сопротивлении и величину измерительного тока, что значительно повышает точность измерений. Кроме того, поскольку величина измерительного тока точно измеряется через падение напряжения на эталонном резисторе, нет необходимости в сверхстабильном источнике постоянного тока, что повышает надежность работы устройства. Разделение измерений падения напряжения на эталонном резисторе с помощью блока опорного тракта и падения напряжения на неизвестном сопротивлении с помощью блока измерительного тракта позволяет повысить точность измерений, т.к. исключается влияние сопротивлений подводящих проводов.

Введение независимого источника опорного напряжения для измерения относительно сформированного им напряжения на неизвестном сопротивлении и эталонном резисторе повышает надежность и точность измерений, т.к. напряжение является внутренним и стабилизированным, не связанным с измерительными цепями, и не подвержено влиянию наводок на провода или влиянию внутренних процессов в объекте измерения, и не зависит от целостности/обрыва измерительной цепи. Снабжение устройства блоком подготовки объекта измерения обеспечивает повышение быстродействия, сокращение времени переходных процессов при измерении импеданса индуктивных объектов, например сопротивления обмоток трансформатора.

Снабжение устройства блоком контроля температуры обеспечивает повышение точности измерения за счет обеспечения неизменности электрических характеристик измерительной схемы, в частности эталонного резистора, путем поддержания постоянной температуры внутри измерительного прибора. При этом обеспечивается высокая надежность устройства при длительной эксплуатации и в условиях перепадов температур.

Снабжение устройства блоком контроля клавиатуры и дисплея обеспечивает удобство снятия показаний прибора, возможность проверки работоспособности прибора и надежности подключения к объекту.

Выполнение генератора с возможностью контроля величины тока, создаваемого через неизвестное сопротивление, с обеспечением требований по току и напряжению повышает надежность работы устройства, т.к. генератор формирует ток, не превышающий допустимых объектом значений. Кроме того, обеспечивается повышение точности измерений, т.к. величина тока поддерживается постоянной во время измерения, что исключает влияние паразитных емкостей и индуктивностей объекта и подводящих проводов.

Выполнение генератора с возможностью формирования, по меньшей мере, четырех измерительных токов обеспечивает расширение диапазона измерения при отсутствии коммутации в токовой цепи при переключении пределов измерения.

Формирование генератором плавно нарастающего измерительного тока обеспечивает безопасность эксплуатации при измерении активного сопротивления индуктивных объектов, т.к. на высокоиндуктивных объектах недопустимо резкое или скачкообразное изменение измерительного тока. При этом также повышается быстродействие, т.к. при плавном изменении тока время переходных процессов уменьшается на индуктивных объектах в сравнении с резким изменением тока.

Выполнение блока генератора тока, по меньшей мере, из двух генераторов с использованием двух эталонных резисторов с возможностью контроля напряжения на эталонных резисторах обеспечивает повышение точности измерения, т.к. поддерживается необходимая стабильность тока как при малых, так и при больших значениях тока.

Выполнение блока генератора тока с возможностью формирования нулевого тока через один генератор и формирования тока от нуля до заданного значения через второй генератор обеспечивает повышение надежности, так как позволяет подобрать величину измерительного тока с обеспечением требований объекта измерения к протекающему через него току и прикладываемому напряжению.

Выполнение генератора с возможностью использования емкостного разряда для создания кратковременного тока большой величины обеспечивает расширение диапазона измерения, т.к. при сверхмалых активных сопротивлениях на неиндуктивных объектах необходимо создание тока большой величины.

Выполнение генератора тока с возможностью формирования тока в прямом и обратном направлениях для учета влияния термоЭДС позволяет повысить точность измерения за счет исключения погрешности, вносимой термоЭДС.

Выполнение генератора тока с возможностью подключения к токовым и потенциальным клеммам и выдачи регулируемого тока через любую пару подводящих проводов обеспечивает возможность проверки работоспособности и проверку надежности подключения к объекту.

Выполнение блока подготовки измерения с возможностью формирования знакопеременной последовательности импульсов заданной формы, где паузы между импульсами не превышают длительности импульсов, обеспечивает повышение быстродействия, т.к. сокращается время переходных процессов благодаря колебательному изменению намагниченности сердечника трансформатора.

Выполнение блока подготовки объекта измерения с возможностью формирования последовательности импульсов во время формирования генератором тока плавно нарастающего или убывающего тока и возможности регулировки и изменения режима работы генератора тока обеспечивает повышение быстродействия, т.к. при приближении величины тока, выдаваемого генератором, к заданному значению измерительного тока, намагниченность сердечника трансформатора асимптотически приближается к установившемуся значению.

Выполнение блока подготовки измерения с возможностью регулировки и изменения формы последовательности выдаваемых импульсов до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении, обеспечивает повышение быстродействия благодаря тому, что имеется возможность подобрать оптимальный режим подготовки объекта измерения, учитывая его отклик на сформированное воздействие. Кроме того, повышается надежность устройства и точность измерений, т.к. измерения корректно проводить только тогда, когда падение напряжения на неизвестном сопротивлении стабильно во времени.

Выполнение блока подготовки измерения с возможностью контроля тока, протекающего через свободную обмотку трансформатора, обеспечивает повышение надежности работы устройства, т.к. ток, протекающий через свободную обмотку во время формирования последовательности импульсов подготовки объекта, не превышает допустимых значений.

Выполнение блока подготовки измерения с возможностью подключения к нескольким свободным обмоткам трансформатора одновременно с формированием для каждой из них последовательности импульсов напряжения знакопеременной полярности обеспечивает повышение надежности способа и безопасность эксплуатации, т.к. создаются условия для равномерного протекания переходных процессов внутри объекта измерения (трансформатора).

Предлагаемый способ измерения активных сопротивлений (1-й вариант) реализуется с помощью устройства, представленного в виде функциональной схемы.

На фиг.1 изображена схема устройства в целом; на фиг.2. - схема одного из вариантов исполнения блока генератора тока; на фиг.3 - схема блока усилителя опорного и измерительного трактов; на фиг.4 представлены эпюры последовательности импульсов подготовки измеряемой обмотки и соответствующее им изменение магнитного потока.

Устройство для измерения активного сопротивления содержит центральное процессорное устройство (ЦПУ) 1, один из входов-выходов которого соединен с входом-выходом блоком контроля температуры 2, входом-выходом блока подготовки объекта 3, входом-выходом блока усилителя 4 измерительного тракта, другой его вход-выход соединен с блоком контроля клавиатуры и дисплея 5, третий вход-выход центрального процессорного устройства 1 соединен с входом-выходом блока генератора тока 6, блока усилителя опорного тракта 7, входом-выходом процессорного устройства блока аналого-цифрового преобразователя 8, содержащего две одинаковых цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора 9, усилителя ошибки 10 и компаратора 11, при этом вход-выход каждого компаратора 11 соединен с входом-выходом процессорного устройства 12, один из выходов последнего соединен с входом цифроаналогового преобразователя 13, выход которого через преобразователь ток/напряжение 14 соединен с входами сумматоров 9 блока аналого-цифрового преобразователя 8, а опорный вход цифроаналогового преобразователя 13 соединен с выходом источника опорного напряжения 15, соединенного с входами сумматоров 9, вход одного из сумматоров 9 соединен также с выходом блока усилителя 7 опорного тракта, а другого - с выходом блока усилителя 4 измерительного тракта.

Блок генератора тока 6 включает: процессорное устройство 16, цифровые выходы которого соединены с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 17, опорный вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения 18, а токовый выход соединен с входом преобразователя ток/напряжение 19, выход которого соединен с основным входом формирователя смещения 20. Контролирующий вход формирователя смещения 20 соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22, первый вывод формирователя смещения 20 соединен с первым входом первого генератора 23, второй вход которого соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22. Выход первого генератора 23 соединен с токовым вводом эталонного резистора 24, потенциальные выводы которого соединены с контролирующими входами первого генератора тока 23. Второй выход формирователя смещения 20 подключен к управляемому коммутатору 25, разрешающий вход которого соединен с управляющим выходом процессорного устройства 16, а выход управляющего коммутатора 25 соединен с первым входом второго генератора тока 26, второй вход которого соединен с потенциальным выводом 21 эталонного резистора 22, а контролирующие входы второго генератора 26 соединены с потенциальными выводами эталонного резистора 22. Выход второго генератора 26 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через управляемый коммутатор 27, имеющий три выхода – A1, A2, A3, через цепочку сопротивлений 28, 29 и неизвестное сопротивление 30. Выход A1 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 28, 29 и неизвестное сопротивление 30; выход A2 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 31, 30, 29; выход A3 соединен с токовым вводом эталонного резистора 22 через цепочку сопротивлений 32, 29. Второй вход коммутатора 27 соединен с выходом процессорного устройства 16. Выводы эталонного резистора 22 соединены с входами дифференциального усилителя 33 через управляющий коммутатор 34, выход которого подсоединен к блоку усилителя опорного тракта 7, выход последнего соединен с первым входом сумматора 9 (первая цепочка) блока аналого-цифрового преобразователя 8.

Блоки усилителей опорного тракта 7 и измерительного тракта 4 выполнены двухкаскадными и имеют одинаковую схему.

Блок усилителя измерительного тракта 4 содержит два одинаковых каскада усиления, (на фиг.3 изображен один каскад усиления).

Каскад блока усилителя 4 содержит процессорное устройство 35, цифровой выход которого соединен с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 36, опорный вход которого соединен с выходом интегратора 37, а токовый выход цифроаналогового преобразователя 36 соединен с входом преобразователя ток/напряжение 38, выход которого соединен с компенсационным входом сумматора 39, основной вход которого соединен с управляемым коммутатором 40, разрешающий вход которого соединен с управляющим выходом D5 процессорного устройства 35. Первый контакт управляемого коммутатора 40 соединен с потенциальной клеммой 41, а второй его контакт соединен с общей шиной 42. 43 - вторая потенциальная клемма. Выход сумматора 39 соединен с входом операционного усилителя 44, выход которого соединен с управляемым коммутатором 45, а выход последнего соединен с входом интегратора 37, при этом их разрешающие входы соединены с соответствующими выходами процессорного устройства 35. Выход интегратора 37 является выходом первого каскада усиления. Вход/выход процессорного устройства 35 соединен с входом/выходом ЦПУ 1. Аналогичную схему имеет второй каскад усиления, выход которого соединен с основным входом сумматора 9 блока аналого-цифрового преобразователя 8. Выход блока подготовки объекта измерения 3 соединен со свободной обмоткой объекта измерения 46 (в случае измерения активного сопротивления обмоток трансформатора).

Реализуется предлагаемый способ (1 вариант способа) измерения активных сопротивлений с помощью предлагаемого устройства следующим образом. Центральное процессорное устройство 1 с помощью блока контроля температуры 2 обеспечивает внутри прибора необходимую температуру, постоянно контролируя ее и поддерживая в заранее заданных пределах. Сигнал о достижении рабочей температуры измерительной схемы передается в ЦПУ 1, которое выдает команду контроллеру клавиатуры и дисплея 5 и последний отображает готовность прибора к измерениям. Оператор выбирает режим (автоматический или ручной) и в случае выбора ручного режима выбирает предел измерения неизвестного сопротивления 30, контроллер 5 передает эти данные в ЦПУ 1, которое сохраняет их и отправляет команду в блок генератора тока 6 на формирование первого заданного измерительного тока в измерительной цепи. При этом блок генератора тока 6 формирует заданный измерительный ток в цепи, содержащей эталонный резистор 22 и последовательно соединенное с ним неизвестное сопротивление 30, путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием заданного напряжения на эталонном резисторе 22. При этом блок генератора тока 6 может формировать, по меньшей мере, четыре различных величины постоянного измерительного тока Iизм1, Iизм2, Iизм3, Iизм4 в зависимости от выбранного предела измерения. Таким образом, все измерения неизвестного сопротивления будут производиться при постоянном измерительном токе, и паразитные емкости и индуктивности не будут влиять на результаты измерений.

ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени установившийся постоянный ток либо генератор тока передает информацию об установившемся измерительном токе в цепи в ЦПУ 1. ЦПУ 1 выбирает коэффициент усиления опорного и измерительного трактов в соответствии с выбранным пределом измерения и ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления.

Блок усилителя измерительного тракта 4 подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя измерительного тракта 4 при выбранном коэффициенте усиления и переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2 и передает информацию в ЦПУ 1 о выполненной операции.

ЦПУ 1 передает в блок аналого-цифрового преобразователя 8 команду в процессорное устройство 12 на измерение сигнала от блока усилителя 4 измерительного тракта. В блоке АЦП 8 процессорное устройство 12 выставляет на своих выходах начальный двоичный цифровой код, поступающий на входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, на опорный вход которого поступает опорное напряжение, сформированное источником опорного напряжения 15. ЦАП 13 ослабляет опорное напряжение со степенью ослабления, пропорциональной двоичному цифровому коду от процессорного устройства 12. Токовый сигнал от ЦАП 13 преобразуется в сигнал напряжения в преобразователе 14, сигнал с выхода которого поступает на вход сумматора 9 второй цепи блока АЦП 8, который компенсирует Uвх2 сигналом, соответствующим ослабленному, в соответствии с цифровым кодом опорному напряжению, и выдает результирующий сигнал на вход усилителя ошибки 10 второй цепи АЦП 8, который усиливает сигнал разности между Uвx2 и ослабленным Uоп. С выхода усилителя ошибки 10 сигнал поступает на компаратор 11, где сравнивается с сигналом от общей шины 42.

Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 с своего управляющего выхода D2 и принимает результат сравнения сигналов на свой вход В2. Если ослабленный сигнал Uon при этом превосходит Uвх2, процессорное устройство 12 подбирает следующую степень ослабления сигнала Uon с помощью двоичного цифрового кода и снова принимает на свой вход сигнал с компаратора 11. Таким образом, процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения точную меру сигнала Uвх2 в показателях Uon. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11, чтобы не создавать помех по цепям питания при последующем измерении сигнала по каналу опорного тракта.

Затем ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя 7 опорного тракта, при этом усилитель 7 переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвх1 и передает в ЦПУ 1 данные о выполнении операции.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение Uвх1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх1 в показателях Uоп. Для этого повторяется последовательность операций, что и для Uвх2, но уже с использованием сумматора 9 первой цепи, усилителя 10 и компаратора 11 (первой цепи) соответственно. Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа и принимает результат сравнения сигнала Uвх1 с регулируемо ослабленным опорным напряжением на свой вход. После завершения измерения сигнала Uвх1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа. На этом заканчивается измерение смещения нуля усилителя опорного тракта.

После завершения измерения смещения нуля усилителей измерительного и опорного трактов ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения напряжения на неизвестном сопротивлении 30 при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 4 измерительного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к потенциальной клемме 41, и на вход блока усилителя 4 при этом поступает напряжение, установившееся на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него постоянном измерительном токе.

Сопротивление подводящих проводов 31, 32 при этом не оказывает влияния на результат измерения, т.к. в потенциальной цепи отсутствует ток. Сигнал с потенциальной клеммы 41 усиливается в усилителе 4 измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления, и усилитель 4 измерительного тракта переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвх2 и передает данные в ЦПУ 1 о сформированном сигнале.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвх2. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх2 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвх2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1. После этого ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения разности потенциалов на эталонном резисторе 22 при выбранном коэффициенте усиления.

Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к выходу дифференциального усилителя 33. Дифференциальный усилитель 33 принимает на свои входы сигнал с потенциальных выводов эталонного резистора 22, представляющий собой падение напряжения на потенциальных выводах эталонного резистора 22 и выдает на свой выход это же падение напряжения, сформированное относительно общей шины 42. Блок усилителя 7 опорного тракта формирует на своем выходе усиленный сигнал Uвх1, соответствующий усиленному падению напряжения на эталонном резисторе 22 при протекающем через него измерительном токе Iизм. Затем усилитель 7 опорного тракта переходит в режим хранения сформированного сигнала Uвх1 и передает данные о завершении операции в ЦПУ 1.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвх1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвх1 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвх1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1.

ЦПУ1, принимая измеренные значения Uнл1, Uвх1, Uвх2, Uвх2, вычисляет точное значение измеряемого сопротивления по формуле:

Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.

ЦПУ 1 передает в контроллер клавиатуры и дисплея 5 вычисленное точное значение измеряемого сопротивления в цифровом виде, который отображает принятые данные на дисплее и делает их непосредственно доступными для чтения.

При работе устройства в автоматическом режиме предварительно производят измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при коэффициенте усиления, равном единице, для определения предела измерения.

Измерение значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов производят с частотой, по меньшей мере, 1 кГц.

Реализуется предлагаемый способ (2 вариант способа) измерения активных сопротивлений обмоток трансформаторов с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

Центральное процессорное устройство 1 с помощью блока контроля температуры 2 обеспечивает внутри прибора необходимую температуру, постоянно контролируя ее, и поддерживая в заранее заданных пределах. Сигнал о достижении рабочей температуры измерительной схемы передается в ЦПУ 1, которое выдает команду контроллеру клавиатуры и дисплея 5 и последний отображает готовность прибора к измерениям. Оператор выбирает режим (автоматический или ручной) и в случае выбора ручного режима выбирает предел измерения неизвестного сопротивления 30 обмотки трансформатора, контроллер 5 передает эти данные в ЦПУ 1, которое сохраняет их и отправляет команду в блок генератора тока 6 на формирование первого заданного измерительного тока в измерительной цепи. При этом блок генератора тока 6 формирует заданный измерительный ток в цепи, содержащей эталонный резистор 22 и последовательно соединенное с ним неизвестное сопротивление 30 путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием заданного напряжения на эталонном резисторе 22. При этом блок генератора тока 6 может формировать, по меньшей мере, четыре различных величины постоянного измерительного тока - Iизм1, Iизм2, Iизм3, Iизм4 в зависимости от выбранного предела измерения. Таким образом, все измерения неизвестного сопротивления будут производиться при постоянном измерительном токе, и паразитные емкости и индуктивности не будут влиять на результаты измерений.

Центральное процессорное устройство 1 отправляет команду в блок подготовки объекта измерения 3, который выдает конечную последовательность импульсов напряжения знакопеременной полярности на свободную обмотку объекта измерения (трансформатора) 46. Один из вариантов последовательности импульсов подготовки измеряемой обмотки представлен на фиг.4 под литерой а, где показана зависимость напряжения с выхода блока подготовки объекта измерения во времени. В это же время через неизвестное сопротивление 30 протекает измерительный ток Iизм. Благодаря явлению индукции последовательность импульсов с блока подготовки объекта измерения 3 поступает на свободную обмотку 46 и вызывает изменение намагниченности сердечника трансформатора, что способствует быстрому установлению стабильного напряжения на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него Iизм. График изменения намагниченности сердечника трансформатора во времени изображен на фиг.4 под литерой b.

ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени установившийся постоянный ток либо генератор тока передает информацию об установившемся измерительном токе в цепи в ЦПУ 1. ЦПУ 1 самостоятельно определяет по времени окончание выдачи блоком подготовки объекта измерения 3 последовательности импульсов, либо блок подготовки объекта измерения передает информацию об окончании выдачи последовательности импульсов в ЦПУ 1. ЦПУ 1 выбирает коэффициент усиления для блоков усилителей опорного и измерительного трактов в соответствии с выбранным пределом измерения и ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления.

Блок усилителя измерительного тракта 4 подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя измерительного тракта 4 при выбранном коэффициенте усиления и переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2 и передает информацию в ЦПУ 1 о выполненной операции.

ЦПУ 1 передает в блок аналого-цифрового преобразователя 8 команду в процессорное устройство 12 на измерение сигнала от блока усилителя 4 измерительного тракта. В блоке АЦП 8 процессорное устройство 12 выставляет на своих выходах начальный двоичный цифровой код, поступающий на выходы цифро-аналогового преобразователя (ЦДЛ) 13, на опорный вход которого поступает опорное напряжение, сформированное источником опорного напряжения 15. ЦАП 13 ослабляет опорное напряжение со степенью ослабления, пропорциональной двоичному цифровому коду от процессорного устройства 12. Токовый сигнал от ЦАП 13 преобразуется в сигнал напряжения в преобразователе 14, сигнал с выхода которого поступает на вход сумматора 9 второй цепи блока АЦП 8, который компенсирует Uвx2 сигналом, соответствующим ослабленному, в соответствии с цифровым кодом опорному напряжению, и выдает результирующий сигнал на вход усилителя ошибки 10 второй цепи АЦП 8, который усиливает сигнал разности между Uвx2 и ослабленным Uоп. С выхода усилителя ошибки 10 сигнал поступает на компаратор 11, где сравнивается с сигналом от общей шины 42.

Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 с своего управляющего выхода D2 и принимает результат сравнения сигналов на свой вход В2. Если ослабленный сигнал Uоп при этом превосходит Uвx2, процессорное устройство 12 подбирает следующую степень ослабления сигнала Uоп с помощью двоичного цифрового кода, и снова принимает на свой вход сигнал с компаратора 11. Таким образом, процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения точную меру сигнала Uвx2 в показателях Uon. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11, чтобы не создавать помех по цепям питания при последующем измерении сигнала по каналу опорного тракта.

Затем ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к общей шине 42 и формирует усиленный выходной сигнал, соответствующий смещению нуля усилителя 7 опорного тракта, при этом усилитель 7 переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx1 и передает в ЦПУ 1 данные о выполнении операции.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение Uвx1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx1 в показателях Uon. Для этого повторяется последовательность операций, что и для Uвx2, но уже с использованием сумматора 9 первой цепи, усилителя 10 и компаратора 11 (первой цепи) соответственно. Процессорное устройство 12 разрешает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа и принимает результат сравнения сигнала Uвx1 с регулируемо ослабленным опорным напряжением на свой вход. После завершения измерения сигнала Uвx1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1 и запрещает работу компаратора 11 первой цепи с управляющего входа. На этом заканчивается измерение смещения нуля усилителя опорного тракта.

После завершения измерения смещения нуля усилителей измерительного и опорного трактов ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 4 измерительного тракта на проведение измерения напряжения на неизвестном сопротивлении обмотки трансформатора 30 при выбранном коэффициенте усиления. Блок усилителя 4 измерительного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 40 к потенциальной клемме 41, и на вход блока усилителя 4 при этом поступает напряжение, установившееся на неизвестном сопротивлении 30 при протекающем через него постоянном измерительном токе. Сопротивление подводящих проводов 31, 32 при этом не оказывает влияния на результат измерения, т.к. в потенциальной цепи отсутствует ток. Сигнал с потенциальной клеммы 41 усиливается в усилителе 4 измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления, и усилитель 4 измерительного тракта переходит в режим хранения сформированного им сигнала Uвx2, и передает данные в ЦПУ 1 о сформированном сигнале.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвx2. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx2 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвx2 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1. После этого ЦПУ 1 выдает команду в блок усилителя 7 опорного тракта на проведение измерения разности потенциалов на эталонном резисторе 22 при выбранном коэффициенте усиления.

Блок усилителя 7 опорного тракта подключает свой вход при помощи управляемого коммутатора 34 к выходу дифференциального усилителя 33. Дифференциальный усилитель 33 принимает на свои входы сигнал с потенциальных выводов эталонного резистора 22, представляющий собой падение напряжения на потенциальных выводах эталонного резистора 22 и выдает на свой выход это же падение напряжения, сформированное относительно общей шины 42. Блок усилителя 7 опорного тракта формирует на своем выходе усиленный сигнал Uвx1, соответствующий усиленному падению напряжения на эталонном резисторе 22 при протекающем через него измерительном токе Iизм. Затем усилитель 7 опорного тракта переходит в режим хранения сформированного сигнала Uвx1 и передает данные о выполнении операции в ЦПУ 1.

ЦПУ 1 передает в блок АЦП 8 на процессорное устройство 12 команду на измерение сигнала Uвx1 от блока усилителя 7 опорного тракта. Процессорное устройство 12 подбирает методом последовательного приближения цифровой код, являющийся мерой сигнала Uвx1 в показателях Uоп. После завершения измерения сигнала Uвx1 процессорное устройство 12 передает подобранный цифровой код в ЦПУ 1.

ЦПУ1, принимая измеренные значения Uнл1, Uвх1, Uвх2, Uвх2, вычисляет точное значение измеряемого сопротивления по формуле:

Rх=(Uвх2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвх1-Uнл1)*К2),

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвх2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении Rх;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.

ЦПУ 1 передает в контроллер клавиатуры и дисплея 5 вычисленное точное значение измеряемого сопротивления в цифровом виде, который отображает принятые данные на дисплее и делает их непосредственно доступными для чтения.

Завершается работа измерительной схемы следующим образом.

По команде ЦПУ 1 блок генератора тока 6 устанавливает нулевой ток в измерительной цепи, плавно изменяя его от исходного значения до нуля, блок подготовки объекта измерения 3 выдает на свои клеммы конечную последовательность импульсов. На свободной обмотке трансформатора 46 формируется напряжение в соответствии с последовательностью импульсов подготовки объекта измерения. При этом происходит изменение намагниченности сердечника трансформатора, устанавливается намагниченность, соответствующая току, равному нулю.

При работе устройства в автоматическом режиме конечную последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют таким образом, что величины произведений амплитуды и длительности импульсов образуют знакопеременный ряд, члены которого убывают с увеличением их порядкового номера, а паузы между импульсами не превышают их длительности.

При работе устройства в автоматическом режиме подготовку объекта измерения ведут путем формирования конечной знакопеременной последовательности импульсов напряжения, которую подают на свободную обмотку объекта измерения. Когда постоянный измерительный ток установлен и выдача последовательности импульсов подготовки объекта завершена, производят серию измерений значений падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей опорного и измерительного трактов при выбранном коэффициенте усиления. По результатам измерений определяют, установилось ли постоянное, неизменное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении Rx. Если падение напряжения изменяется во времени, то подготовку объекта измерения производят повторно, при этом форму последовательности импульсов подготовки объекта измерения изменяют до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное во времени падение напряжения на неизвестном сопротивлении Rx.

При работе устройства в автоматическом режиме последовательность импульсов подготовки объекта измерения формируют на одной свободной обмотке трансформатора или нескольких свободных обмотках трансформатора одновременно.

Изобретение может быть использовано для измерения малых активных сопротивлений. Перед началом измерения блок контроля температуры передает сигнал о достижении рабочей температуры в центральное процессорное устройство. Затем блок генератора тока формирует первый заданный ток в измерительной цепи. При установившемся токе центральное процессорное устройство выбирает коэффициент усиления опорного и измерительного трактов в соответствии с пределом измерения и выдает команду в блок усилителя измерительного тракта на проведение измерения смещения нуля усилителя. После чего цифро-аналоговый преобразователь ослабляет опорное напряжение, осуществляется подбор коэффициента усиления. Далее проводится измерение смещения нуля усилителя опорного тракта. После чего в блок усилителя измерительного тракта подается команда на измерение напряжения на неизвестном сопротивлении. Изобретение обеспечивает повышение точности и быстродействия измерения, расширение диапазона измерения и повышение надежности. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ измерения активного сопротивления, заключающийся в том, что прикладывают первое напряжение к цепи, содержащей неизвестное сопротивление, соединенное последовательно с эталонным резистором, для протекания через них общего тока, формируют опорное напряжение, формируют произведение опорного напряжения и выбранного числа, изменяют значение выбранного числа таким образом, чтобы привести ослабленное опорное напряжение в соответствие с падением напряжения на неизвестном сопротивлении, и используют выбранное число для индикации величины неизвестного сопротивления, отличающийся тем, что создают и поддерживают температуру внутри измерительного прибора в заранее заданных пределах, формируют заданный измерительный ток в измерительной цепи путем его плавного нарастания от нуля до заданного фиксированного значения с последующим поддержанием этого значения, выбирают коэффициенты усиления для усилителей опорного и измерительного трактов, производят измерение смещения нуля усилителей и производят измерение падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении относительно сформированного опорного напряжения, величину неизвестного активного сопротивления определяют на основании полученного значения падения напряжения на эталонном резисторе и неизвестном сопротивлении, смещения нуля усилителей и точного значения сопротивления эталонного резистора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение неизвестного сопротивления определяют по формуле:

Rx=(Uвx2-Uнл2)·K1·Rэт/((Uвx1-Uнл1)·K2), где

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвx2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвх1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.

Rx=(Uвx2-Uнл2)*К1*Rэт/((Uвx1-Uнл1)*К2), где

Rx - величина неизвестного сопротивления;

Uвx2 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на неизвестном сопротивлении;

Uнл2 - напряжение смещения нуля усилителя измерительного тракта при выбранном коэффициенте усиления К2;

К1 - коэффициент усиления блока усилителя опорного тракта;

Rэт - величина сопротивления эталонного резистора при заданной рабочей температуре;

Uвx1 - напряжение, измеряемое блоком аналого-цифрового преобразователя на эталонном резисторе при протекании через него измерительного тока;

Uнл1 - напряжение смещения нуля усилителя опорного тракта при выбранном коэффициенте усиления К1;

К2 - коэффициент усиления блока усилителя измерительного тракта.