МОСТОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ Российский патент 2005 года по МПК G01R17/18 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению относительных отклонений сопротивления от номинального значения.

Известна мостовая измерительная цепь [1] (мост Уитстона), содержащая четыре резистора, один из которых является измеряемым, второй - образцовым и называется плечом сравнения, третий и четвертый резисторы образуют плечи отношения, источник опорного напряжения и измеритель разбаланса, недостатком которой является низкая точность, обусловленная влиянием сопротивления подводящих проводов.

Известна мостовая измерительная цепь (шестиплечий или двойной мост [1]), содержащая два дополнительных резистора, в которой снижается влияние сопротивления подводящих проводов в токовых и одной потенциальной цепях измеряемого резистора, недостатком которой является влияние на точность измерения подводящего провода в другой потенциальной цепи измеряемого резистора.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является мостовая измерительная цепь [2], содержащая четыре дополнительных резистора, источник опорного напряжения и измеритель разбаланса (фиг.1).

Недостатками этой мостовой измерительной цепи является влияние на точность измерения сопротивления подводящих проводов в плечах сравнения.

Изобретение направлено на повышение точности путем снижения влияния на точность измерений сопротивления подводящих проводов в плечах сравнения.

Это достигается тем, что в мостовую измерительную цепь, содержащую восемь резисторов, один из которых, измеряемый, своим первым токовым выводом соединен с первым токовым выводом образцового резистора, первый потенциальный вывод измеряемого резистора соединен с первым потенциальным выводом первого резистора плеч отношения, первый токовый вывод, который соединен с первым токовым выводом второго резистора плеч отношения, своим первым потенциальным выводом соединенного с первым потенциальным выводом образцового резистора, вторые потенциальные выводы образцового и измеряемого резисторов соединены с последовательно включенными первым и вторым дополнительными резисторами, а вторые токовые выводы измеряемого и первого резистора плеч отношения соединены через последовательно включенные третий и четвертый дополнительные резисторы, при этом первый выход источника напряжения соединен с общей точкой последних, а первый вход измерителя разбаланса соединен с общей точкой первого и второго дополнительных резисторов, введены еще четыре дополнительных резистора, при этом пятый и шестой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым входом измерителя разбаланса, седьмой и восьмой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым выходом источника опорного напряжения, вторые выводы пятого и шестого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми потенциальными выводами первого и второго резисторов плеч отношения, а вторые выводы седьмого и восьмого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми токовыми выводами образцового и второго резистора плеч отношения, вторые потенциальные выводы которых соединены между собой.

Введение новых элементов и связей обеспечивает достижение технического результата.

Схема предлагаемой мостовой измерительной цепи представлена на фиг.2.

Она содержит источник опорного напряжения 1, измеритель разбаланса 2, измеряемый резистор 3, резистор плеча сравнения 4, резисторы плеч отношений 5 и 6 и восемь равноминальных дополнительных резисторов 7...14, при этом измерительный резистор своим первым токовым выводом образцового резистора, пятый и шестой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым входом измерителя разбаланса, седьмой и восьмой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым выходом источника опорного напряжения, вторые выводы пятого и шестого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми потенциальными выводами первого и второго резисторов плеч отношения, а вторые выводы седьмого и восьмого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми токовыми выводами образцового и второго резистора плеч отношения, вторые потенциальные выводы которых соединены между собой.

Мостовая измерительная цепь работает следующим образом.

Источник опорного напряжения 1 создает питание цепи, а измеритель разбаланса 2 измеряет напряжение, пропорциональное относительному отклонению сопротивления измеряемого резистора от сопротивления образцового резистора 4, отношение сопротивлений которых равно отношению сопротивлений резисторов 5 и 6 плеч отношений.

Дополнительным достоинством является полная симметрия мостовой измерительной цепи, благодаря чему измеряемый резистор может быть включен на место любого из резисторов 3, 4, 5 и 6, то есть возможно сличение с мерой всех четырех резисторов мостовой цепи, а следовательно, взаимное сличение этих резисторов.

Если отношение сопротивлений резисторов 3 и 4, 5 и 6 равны между собой

т.е. R₃R₆=R₄R₅, то мостовая цепь уравновешена и сигнал разбаланса равен нулю; последнее выражение называется условием равновесия мостовой цепи.

Обозначаем сопротивление подводящих проводов в токовых цепях резисторов 5 и 6 через r₁ (фиг.3).

Преобразуем треугольник сопротивлений R₁₁, R₁₂, r₁ в звезду.

R_a, R_b, R_c:

Учитывая R₁₁=R₁₂=R,

Сопротивление R_a включено последовательно с индикатором разбаланса 2 и не влияет на условие равновесия, сопротивление R₆=R_c добавляется к равным сопротивлениям R₅ и R₆, не нарушая условия равновесия моста:

R₃(R₆+R_c)=R₄(R₅+R_b).

Таким образом, влияние подводящих проводов в токовых цепях резисторов R₅ и R₆ исключается.

Принцип исключения влияния подводящих проводов в потенциальных целях резисторов 4 и 5 аналогичен.

Предлагаемая мостовая цепь обеспечивает повышение точности за счет снижения влияния соединительных проводов в плечах сравнения.

Источники информации

1. Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс). Под ред. Е.Г.Шрамкова. Учеб. пособие для втузов. М., “Высшая школа”, 1972.

2. Авт. свид. 1492847, БИ, 1989, №25. Мост для измерения сопротивления четырехзажимного резисторного преобразователя (Петропаловский А.Ю., Шашурин А.К.).

Мостовая измерительная цепь включает в себя источник опорного напряжения, измеритель разбаланса, измеряемый и образцовый резисторы, резисторы плеч отношения и восемь дополнительных резисторов. Дополнительные резисторы последовательно попарно включены между вторыми потенциальными выводами измеряемого и образцового резистора, между вторыми потенциальными выводами резисторов плеч отношения, между вторыми токовыми выводами измеряемого резистора и первого резистора плеч отношения и между вторыми токовыми выводами образцового резистора и второго резистора плеч отношения. Дополнительные резисторы перераспределяют сопротивление проводов, параллельно которым они подключены, не нарушая равновесия моста. Другие провода оказываются подключенными последовательно с дополнительными резисторами и влияют только на погрешность указанного перераспределения, то есть вносят погрешности второго порядка малости. 3 ил.

Мостовая измерительная цепь, содержащая восемь резисторов, один из которых, измеряемый, своим первым токовым выводом соединен с первым токовым выводом образцового резистора, первый потенциальный вывод измеряемого резистора соединен с первым потенциальным выводом первого резистора плеч отношения, первый токовый вывод которого соединен с первым токовым выводом второго резистора плеч отношения, своим первым потенциальным выводом соединенного с первым потенциальным выводом образцового резистора, вторые потенциальные выводы образцового и измеряемого резисторов соединены с последовательно включенными первым и вторым дополнительными резисторами, а вторые токовые выводы измеряемого и первого резистора плеч отношения соединены через последовательно включенные третий и четвертый дополнительные резисторы, при этом первый выход источника напряжения соединен с общей точкой последних, а первый вход измерителя разбаланса соединен с общей точкой первого и второго дополнительных резисторов, отличающаяся тем, что в нее введены еще четыре дополнительных резистора, при этом пятый и шестой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым входом измерителя разбаланса, седьмой и восьмой последовательно включенные дополнительные резисторы своей общей точкой соединены со вторым входом источника опорного напряжения, вторые выводы пятого и шестого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми потенциальными выводами первого и второго резисторов плеч отношения, а вторые выводы седьмого и восьмого дополнительных резисторов соединены соответственно со вторыми токовыми выводами образцового и второго резисторов плеч отношения, вторые потенциальные выводы которых соединены между собой.