Устройство для измерения сопротивления Советский патент 1983 года по МПК G01R27/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

1

Устройство относигся к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть Использовано при измерении сопротивления материала заготовки в процессе синтеза алмазов, сопротивления контакта при точечной сварке, сопротивления нагревателей, контактных и других низкоомных ссшротивлений.

Известно устройство для измерения сопротивления, содержащее источник сшор- |Q ного напряжения, преобразователь ток-напряжение, блок сравнения, блок управления и отсчетно-регистрирующее устройство С

Недостатками известного устройства и являются низкая точность измерений и.. ограниченный диапазон измерений значений сопротивлений.

Недостатки обусловлены наличием методической погрешности измерения сопро- 20 тивления, так как оно реализует способ измерения, не исключающий влияния подI водящих проводников на результат измерения, а также недостаточная точность

измерения обусловлена нестабнльностью характеристик элементов схемы: транзистора и диодов.

Диапазон измеряемых сопротивлений ограни швается допустимым значением коллекторного тока транзистора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения сопротивления, содержащее источник опорного напряжения, сумматор, выход которого подключен к последовательно соединенным ; измеряемому и калиброваннок резисторам, повторитель, соединенный входом с выходами калиброванного и измеряемого резисторов и с входом блока для обработки, а выходом - с одним из входов сумматора, а также ключ, входы которого подсоединены к источнику опорного напряжения и к блоку обработки соответственно, а выходы - к суммирующему и вычитающему входам сумматора 2.

Недостатками данного устройства яв ляются низкая точность измерения и ограниченный диапазон измерения значений сопротивлений, обусловленные реализуемым способом измерет я и яышются след ствием методической погрешности измере ния, а именно: влиянием сопротивлений соединительных проводников значения которых могут быть соизмеримы с исследуемым сопротивлением. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения значений сопротивлений. Поставленная.цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротив ления, содержащее источник опорного напряжения, включающий последовательно соединенные регулятор напряжения и трансформатор, преобразователь ток-напряжение, пресс, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом регулятора напряжения, второй вход подключен к входу исполнительного механизма пресса, выход которого соединен с входом пресса, содержащего кс«тактные матрицы для подключения образцового и измеряемого резисторов, при этом электрический вход пресса соеди- нен через преобразователь ток-напряжение с первым выходом трансформатора источника опорного напряжения, второй . выход которого соединен с земляной щиной, введены преобразователь сопротивление - код, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй-формирователи управляющих импульсов, фазовращатель, два фильтра, первый и второй ключи, и блок вычисления, причем вход первого ключа и первого (}зррмирователя импульсов через первый фильтр соединен с одним из выходов источника опорного напряжения, а второго ключа и второго формирователя импульсов - через последовательно соединенные второй фильтр и фазовращатель с потенциальным выходом преобразователя ток-напряжение, управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к выходам второго и первого формирователей управляющих импульсов, выходы ключей соединены с входами сумматора, выход которого че,рез аналогйнцифровой преобразователь соединен с одними входами вычислительного блока, друше входы которого соеди нены с выходами преобразователя сопротивление-код, входы которого соединены с поперечными контактами для лодключения образцового резистора. На чертеже приведена функциональная электрическая схема устройства. Устройство содержит источник 1 опор ного напряжения, состоящий из регулятоа 2 напряжения и трансформатора 3, преобразователь 4 ток-напряжение, пресс 5, исполнительный механизм 6 пресса, образцовый и исследуемый резисторы 7 и 8, первый и второй фильтры 9 и 10, фазовращатель 11, первый и второй формирователи 12 и 13 управлякшщх импульсов, первый и второй ключи 14 и 15, блок 16 управления, сумматор 17, аналого-цифровой преобразователь 18, микропроцессор 19, преобразователь 20 сопротивление-код, устройство 21 вводавывода, отсчетно-регистрирующее устройство 22, образующих блок вычисления. Устройство работает следующим образом. Напряжение сети поступает через регулятор 2 напряжения на первичную обмотку трансформатора 3. С помощью последнего оно трансформируется до заданного значения и поступает с первого выхода вторичной обмотки трансформатора 3 на вход первого фильтра 1О и через преобразователь 4 ток-напряжение на электрический вход пресса 5. Второй выход трансформатора 3 подключен к земляной шине. Необходимое значение выходного напряжения источника 1 опорного напряжения устанавливается сигналом, поступающим с первого выхода бпака 16 управления, на управляк щий вход регулятора 2 напряжения. Допустим, что на вход первого фильтра 10 и электртческий вход пресса 5 поступает напряжение . U(i)V,(UJi-%). в первый такт измерения под пресс 5 устанавливают (вручную или автематически) образцовый резистор 7 сопротивлением - выполненный, например, в форме куба, из токопроводяЩего материала. С помощью исполнительного механизма 6 пресса,управляемого сигналом с второго выхода блока 16 управления, устанавливают давление пресса 5, достаточное для обеспечения надежного контакта токоПрОвбдящих проводников между контактируемыми поверхностями матрицы пресса 5 и ториами образцового резистора 7., В результате замыкания цепи, состоящей из последовательно соединенных сопротивлений Г-| тЬкопроводящих проводников и сопротивления, Гд образцового резистора 7 (и суммарным сопротивлением i Гр Г- в ) IБ цепи потече т ток i-,(t)-3 Sin{wi-42), (2) обусловленный напряжением (1). 51 С помощью преобразователя 4 ток-на пряжение ток цепи преобразуется в пропорциональное напряжение, которое посту пает на фильтр 9. С помощью фильтра 9 отфильтровываются паразитные продукты преобразования тока - постоянная состав ляющая напряжения и высшие гармоничео кие составляющие. В результате на вход фазовращателя 11 поступает напряжение UjCtl-r j s wi-if j, (3) где коэффициент пропорциональности (меньщий единицы при бсяь щих значениях тока). С помощью фазовращателя 11 в напр жение вносится дополнительный фазовы сдвиг о,а результат затем инвертируется. Выходное напряжение фазовращателя 11 U3(t),,(4.4) .-1пr.,.,4. ) Hc-3,sin(u;i-vP3) поступает на входы второго ключа 15 и второго формирователя 13 управляющих импульсов. Одновременно выходное напряжение (1) поступает через первый фильтр 1О на входы первого ключа 14 и перв&Го .формирователя 12 управляющих импульсов, С помощью формирователей 12 и 13 управляющих импульсов осуществляется . формирование коротких импульсов управления работой ключей 15 и 14 соответственно. Эти импульсы формируются в моменты перехода напряжений через нулевой уровень (и, (i| } и )0||r. е. В моменты времени ени i -L. % -1т1-1)Л, ii ш где , п 1, 2, 3, ... В моменты времени 12 и -tj соответственно, замыкаются ключи 14 и 15 и на вход аналого-цифрового преобр азова- теля 18, через сумматор 17 поступают выборки из сигналов (1) и (4), которые преобразуются в код и поступают через устройство 21 ввода-вывода в память микропроцессора 19. Одновременно в первый такт измерения в цифровой код преобразуется с помощью преобразователя 2О сопротивление- 126 код сопротивление образцового резистора 7. Код NQ сопротивления г поступает в память микропроцессора 19 через устройство 21 ввода-вывода. Во второй такт измерения с помощью блока 16 управления устанавливается рабочее напряжение на выходе источника 1 опорного напряжения, равное , (5) Под пресс 5 устанавливают исследуемый (материал) резистор 8 сопротивлением РХ С помощью исполнительного механизма пресса 6, управляемого сигналом со второго выхода блока 16 управления, обеспечивают определенный закон нарастания {и спада) давления и его верхнее значение. В результате замыкания цепи, состоящей из последовательно соединенных со-. противления f проводников и сопротив-, ления f)Q. исследуемого резистора 8 (суммарное сопротивление которой IV- , в цепи дотечет ток, 12 U) 3 Sin (ui-Ь-1% ),(в) обусловленный напряжением (5). С помощью преобразователя 4 ток-напряжение ток (6) цепи преобразуется в пропохщиональное напряжение, которое также фильтруется с помощью фильтра 9 и поступает на вход фазовращателя 11 B виде. Js()( (7) с помощью фазовращателя 11 в напряжение (7) также вносится дополнительный фазсяаый сдвиг 4L,a результата затем инвертируют. Выходное напряжение фазовращателя 11 ) (). t оступает на входы второго ключа 15 и| торого формирователя управлякидих имульсов 13. . Одновременно к 1ходное напряжение 5) поступает через первый фильтр 10 а входы первого ключа 14 и первого ормирователя 12 управляющих импульсов. Как и в первс л, во втором такте осуествляют .преобразование в код мгновеных значений напряжений (5) н (8) в мсментЦЬ |.| перехода через нуль, соответственно, напряжений (8) и (5),I Результаты преобразования вводятся в память микропроцессора 19 через устройство 21 ввода -в.ывода, С помощью микропроцессора 19 осуществляется обработка кодов выборок в Соогеетствии с алгоритмом i -%,(9) l,t N4 No trN2; где NO-J и число преобразованных в код пар выборок; N-, и N, - мгновенные значения на. (Пряжений (1) и (5), измеренные и преобразован ные в код в 1-и и 2-и такты измерения; овенные значения напряжений (4) и (8) изм ранные и преобразоЬанные в код в 1-и и 2-й такты измерения; код коэффициента преобразования тока в напряжение;код сопротивления образ цового резистора 7. В вы -ажении (9) первый член, стоящий: в скобках, характеризует среднее значение сопротивления f Цепи,.в которую включен исследусмый резистор 8. Второй член - xapaic геризует среднее значение сопротивления Гг- цепи, в которую вклю чен образцовый резистор 7. Выражение (9) можно записать в вид г.Ггр -гр -|+Го или X L.2 (0) ))o Как видно из выражения (10), обработка выборок .о алгоритму (9) обеспечивает исключение из результата измерения сопротивление Р тркопроводящих проводников и сопротивление Гд образцового резистора 7. Предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерения за счет исключения влияния сопротивления токопроводящих проводников и образцового резистора на ре льтат измерения, а также повыщение точности измерения за счет усреднения результатов измерения сопротивления цепи в каждый такт. Выбрав время такта (время усреднения),равное периоду , можно исключить ее действие путем среднения результатов измерения сопротивления цепи за это время. 100 12 Повышение точности в предложенном устройстве достигается также за счет вычислительной обработки кодов выборок с помощью микропроцессора. Диапазон измерения значения сопротивления определяется динамическим диапазоном аналого-цифрового преобразователя и может быть достигнуто значения Ю. изобретения о р м у л а Устройство для измерения сопротивления, содержащее источник опорного напряжения, включающий последовательно соединенные регулятор напряжения и трансформатор преобразователь ток-напряжение, пресс, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом регулятора напряжения, второй вход подключен к входу исполнительног-о механизма пресса, выход которого соединен с входом пресса, содержащего контактные матрицы для подключения образцового и измеряемого резисторов, при этом электрический вход пресса соединен через преобразователь ток-напряжение с первым выходом трансформатора источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с земляной щиной, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и расщирения диапазона измерения значений сопротивлений, введены преобразователь сопротивлениекод, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй формирователи управляющих импульсов, фазовращатель, два фильтра, первый и второй ключи, и блок вычисления, причем вход перрого ключа и первого формирователя импульсов через первый фильтр соединен с одним из выходов источника опорного напряжения, а второго ключа и второго формирователя импульсов - через последовательно соединенные второй фильтр и фазовращатель с потенциальным выходом преобразователя токнапряжение, управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к выходам второго и первого формирователей управляющих имгульсов, выходы ключей соединены с входами сумматора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с одними входами вычислительного блока, другие входы которого соединены с выходами преобразователя сопротивление - код, входы которого соединены с поперечными

1ОО49Щ10

контактами для подключения образцового1. Авторское свидетельство СССР

резистора.№ 6О1633, кл. Q О1 R 27/ОО, 1976,

.2. Авторское свидетельство СССР

Источники информации,№ 5347О2, кл. Q О1 R 27/ОО, 1975

принятые во внимание при экспертизе 5 (прототип).