УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК G01R27/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении сопротивлений резисторов на различных технологических этапах промышленного производства предприятий радиоэлектронных изделий.

Уровень техники

Известны различные устройства измерения сопротивлений (см., например, «Измерения в электронике. Справочник», В.А.Кузнецов, В.А.Долгов, В.М. Коневских и др.; под ред. В.А.Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 512 с., с.194-217).

Недостатком всех описанных в указанном источнике технических решений является то, что они имеют невысокую точность измерения сопротивления резисторов и не позволяют автоматизировать процесс измерения.

Известен преобразователь отклонения сопротивления в код (см. а.с. 1698826, G 01 R 27/02, БИ №46, 1991 г.), содержащий измеряемый и образцовый резисторы, источник постоянного тока, операционный усилитель, переключатель, интегратор, компаратор, таймер и цифровой блок, который представляет собой достаточно сложное устройство с внутренним генератором тактовых импульсов.

Недостатком такого технического решения является невысокая точность преобразования отклонения измеряемого сопротивления от образцового сопротивления в цифровой код, а также сложность устройства. Погрешность преобразования напрямую связана с погрешностями операционного усилителя и в такой же степени зависит от погрешности - таймера, кроме того, на точность преобразования оказывает прямое влияние девиация частоты генератора цифрового блока.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является цифровое устройство для измерения сопротивлений и отношения сопротивлений (см., А.С. 1597771, G 01 R 27/02, БИ №37, 1990 г.) содержащее кодоуправляемый делитель напряжения, выполненный на базе резисторной матрицы R-2R, источник постоянного тока, измеряемый и образцовый резисторы, два операционных усилителя, компаратор напряжения, генератор импульсов и двоичный счетчик.

Недостатком этого устройства является невысокая точность из-за синфазной погрешности компаратора напряжения, а также сравнительно высокая сложность.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и упрощение схемы.

Достигаемый технический результат обеспечивается тем, что в устройство, содержащее, источник опорного напряжения, измеряемый резистор, цифроаналоговый преобразователь, выполненный на базе кодоуправляемого делителя напряжения (КУД) типа R-2R, аналоговый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, дополнительно введены гальванометр и управляемый образцовый делитель напряжения, верхнее плечо которого подключено к второй клемме подключения измеряемого резистора, первая клемма подключения которого соединена с выходом источника опорного напряжения и с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первой клеммой подключения гальванометра, а его вторая клемма подключения соединена с выходом образцового делителя напряжения, причем общие полюсы источника опорного напряжения и образцового делителя напряжения объединены через короткозамкнутые клеммы подключения измеряемого резистора для второго режима работы.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схема устройства для измерения сопротивления. Элементы схемы обозначены следующим образом:

1 - измеряемый резистор, 2- цифроаналоговый преобразователь, выполненный на КУД типа R-2R, 3 - управляемый делитель напряжения с сопротивлениями 3₁ верхнего плеча и 3₂ нижнего плеча, 4 - гальванометр, 5 (5₁ и 5₂) - клеммы подключения гальванометра, 6 - источник опорного напряжения, 7 (7₁, 7₂) - клеммы подключения измеряемого резистора в первом режиме работы и (7₃, 7₄) - клеммы подключения измеряемого резистора во втором режиме работы, 8 - шина управляющего ЦАП кода, 9 - шина управляющего делителем кода.

Осуществление изобретения

Устройство для измерения сопротивления содержит источник 6 опорного напряжения, измеряемый резистор 1, цифроаналоговый преобразователь 2, выполненный на базе КУД типа R-2R, аналоговый вход которого подключен к выходу источника 6 опорного напряжения, гальванометр 4 и управляемый образцовый делитель 3 напряжения, верхнее плечо 3₁ которого подключено к второй клемме 7₂ подключения измеряемого резистора 1, первая клемма 7₁ подключения которого соединена с выходом источника 6 опорного напряжения и с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя 2, выход которого соединен с первой клеммой 5₁ подключения гальванометра 4, а его вторая клемма 5₂ подключения соединена с выходом образцового делителя 3 напряжения, причем общие полюсы источника 6 опорного напряжения и образцового делителя 3 напряжения объединены через короткозамкнутые третью клемму 7₃ и четвертую 7₄, предназначенные для второго режима работы.

Обозначим сопротивление измеряемого резистора 1 через R_x, сопротивление верхнего плеча 3₁, образцового делителя 3 напряжения через R_b, а его нижнего плеча через R_a. Полное сопротивление образцового делителя 3 обозначим через R_∑. Е - напряжение на выходе опорного источника 6 напряжения.

Тогда R∑=R_a+R_b, а напряжение на выходе образцового делителя 3 будет равно:

где к_д - коэффициент деления на выходе элемента схемы, состоящего из последовательного соединения измеряемого резистора 1 и образцового делителя 3 напряжения. Напряжение ϕ поступает на клемму 5₂ подключения гальванометра 4.

Напряжение, поступающее с выхода ЦАП 2 на клемму 5₁ определяется величиной:

где N числовое значение преобразуемое ЦАП кода, n - количество разрядов ЦАП 2, а также кодоуправляемого образцового делителя 3.

Регулировкой кодов по шинам управления 8 и 9 добиваются нулевого показания гальванометра 4. Это возможно в том случае, когда значение потенциала на клемме 5₁ будет совпадать со значением потенциала на клемме 5₂;

Приравнивая (1) и (3) и выражая из полученного равенства R_x, считая при этом, что

получим:

Полагая, что образцовый делитель 3, как и ЦАП 2, управляется по шине 9 n-разрядным двоичным кодом, можно принять за числовое значение этого кода величину N₀=К2ⁿ. Тогда формулу (5) можно записать в виде:

Согласно формулам (5) и (6) значение измеряемого сопротивления зависит лишь от разрешающей способности ЦАП 2 и образцового делителя 3, а также от величины полного сопротивления последнего. Оно должно быть всегда положительным, т.е. N₀>N. В свою очередь, max N₀ соответствует К=1, т.е. если R_x заведомо больше R_∑, то потенциал на клемме 5₂ меньше 0,5Е, а фактическая разрешающая способность ЦАП 2 уменьшится более чем в 2 раза. Чтобы количество значащих при измерении разрядов ЦАП 2 не было меньше более чем в 2 раза полного количества разрядов n при ожидаемом значении сопротивления R_x>R_∑, необходимо измеряемый резистор 1 включить между клеммами 7₃ и 7₄, а клеммы 7₁ и 7₂ объединить перемычкой. При этом ток через образцовый делитель 3 определяется соотношениями:

Считая, что в момент равенства нулю показания гальванометра 4 потенциал ϕ определяется согласно выражению (3) и приравнивая правые части соотношений (7), получим:

Преобразуя последнее выражение относительно R_x с учетом (4) получим:

В формуле (9) числитель и знаменатель всегда будут отрицательными величинами, а N - числовое значение верхней половины диапазона преобразования ЦАП 2, причем для второго варианта включения (R_x подключено к клеммам 7₃ и 7₄) N₀<N<2ⁿ.

Устройство по схеме (см. чертеж) работает следующим образом.

В качестве образцового делителя 3 можно использовать любой делитель напряжения с ручной или автоматической регулировкой и известным полным сопротивления плеч. Например, могут быть использованы такие прецизионные делители напряжения с автоматической регулировкой сопротивления плеч, как Р-3020, Р3015 и др.

В зависимости от ожидаемого значения сопротивления R_x измеряемый резистор 1 подключают либо к клеммам 7₁ и 7₂, либо к клеммам 7₃ и 7₄ (неиспользованные замыкают). Затем, управляя кодами по шинам 8 и 9, добиваются нулевого показания гальванометра 4. В качестве гальванометра 4 можно использовать миллиамперметр. Определяют числовые значения N и N₀ кодов по шинам 8 и 9 на момент полного баланса мостовой схемы фиг.1, а затем, используя формулы (6) или (9), получают оценку сопротивления R_x измеряемого резистора.

Устройство содержит источник опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, выполненный на базе кодоуправляемого делителя напряжения типа R-2R, управляемый образцовый делитель напряжения и гальванометр. Гальванометр включен между выходами цифроаналогового преобразователя и управляемого образцового делителя напряжения. Аналоговый вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу источника опорного напряжения. Первая клемма для подключения измеряемого резистора подключена к выходу источника опорного напряжения, вторая - к верхнему плечу управляемого образцового делителя напряжения. Нижнее плечо управляемого образцового делителя напряжения через вторую пару клемм для подключения измеряемого резистора, замкнутых накоротко, подключено к общим выводам источника опорного напряжения и цифроаналогового преобразователя. Вторая пара клемм предназначена для подключения измеряемого резистора во втором режиме работы. Изобретение направлено на повышение точности измерений и упрощение конструкции устройства. 1 ил.

Устройство для измерения сопротивлений, содержащее источник опорного напряжения, измеряемый резистор, цифроаналоговый преобразователь, выполненный на базе кодоуправляемого делителя напряжения (КУД) типа R-2R, аналоговый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены гальванометр и управляемый образцовый делитель напряжения, верхнее плечо которого подключено к второй клемме подключения измеряемого резистора, первая клемма подключения которого соединена с выходом источника опорного напряжения и с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первой клеммой подключения гальванометра, а его вторая клемма подключения соединена с выходом образцового делителя напряжения, причем общие полюсы источника опорного напряжения и образцового делителя напряжения объединены через короткозамкнутые клеммы подключения измеряемого резистора для второго режима работы.