Цифровой омметр Советский патент 1983 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к цифров электроизмерительной технике и пр назначено для измерения сопротивл ния резисторов с высокой точность Известен цифровой омметр, соде жащий активный преобразователь со ротивления в напряжение, котор1лй построен на основе операционного усилителя с отрицательной обратно связью и аналого-цифровой преобра зователь напряжения, . В этом устройстве погрешность сопротивления в напряжение полнос входит в результат цифрового изМе рения 1. Однако с помощью такого преобр зователя не удается получить высоких метрологических характеристик Наиболее близким к предлагаемому является цифровой омметр, содер жащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту, ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту перв го переключателя, подвижный контак которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижным контактом второ го переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства 2. J. Точность цифрового омметра опре деляется ТОЧНОСТЬЮ цифроаналоговог преобразователя напряжения и прецизионного резистора. Получение более высокой точности связано с усложнением схемы цифроаналогового преобразователя напряжения (применение высокоточных резисторов и переключателей) и, в свою очередь с повышением стоимости устройства и уменьшением его надежности. Известно, что звездообразные делители напряжения обладают высокими метрологическими характеристиками. Такие делители имеют постоянное, выходное сопротивление, не зависящее от коэффициента деления. Поэтому использование такого делителя в известном омметре для получения более высокой точности эффект}1вно при измерении сравнительно больших сопротивления. При измерении малых сопротивлений влия ние выходного сопротивления делителя напряжения/приводит к йепол- ной коррекции поЬретдности преобразования сопротивления в напряжение (оно оказывается последовательно соединенным с сопротивлениями R и ЯдрИ входит в цепь обратного преобразования), что также ограйичивает точность преобразования. Цель изобретения - повышение точности и надежности омметра при одновременном упрощении структуры устройства. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой омметр, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных ПНЧ, ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный : контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства, дополнительно введены дифференциальный интегратор, блок выбор-, ки и хранения, три ключа,, причем выход операционного усилителя через два ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и хранения соединен с входом ПНЧ, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя. На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового омметра; на фиг. 2 - выходной сигнал преобразователя напряжения в частоту. Цифровой омметр содержит источник 1 опорного напряжения, входные переключатели 2 и 3, добавочный резистор 4 (Кд), измеряемый 5 (R) и прецизионный 6 (К,,) резнсторы, операционный усилитель 7, ключи 8-11, дифференциальный интегратор 12, блок 13 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 14/ состоящий из последовательно соединенных ПНЧ 15, ключа 11 и счетчика 16. Источник 1 опорного напряжения ерез переключатель 2 и добавочный резистор 4 соединен с инвертирующим ходом операционного усилителя 7, выход которого через ключи 8 и 9 соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 12, выход которого через последовательно соединенные ключ 10 и блок 13 выборки и хранения соединен с входом ПНЧ 15. Работа устройства происходит итерационно (циклически), при это каждая итерация состоит из следующих трех тактов. Первый такт. Счетчик 16 сбрасывается в ноль г переключатели 2 и 3 переводятся в нижнее положение (Ъ) ключ 9 замкнут, ключи 8, 10 и 11 р азомкнуты. При этом на выходе опе рационного усилителя 7 получим нап ряжение где Xpf,- напряжение источника 1 оп ного напряжения. Производится интегрирование Xg,, за время Т. После завершения перво го такта на выходе интегратора 12 получим ( . где Хц - начальное напряжение интегратора 12, o-ifi - соответственно суммарная .мультипликативная и аддитивная погрешности последо вательно включенных операционного усилителя 7 (прео разователя сопротивления в напряжение) и интегратора 12. Второй такт. Переключатели 2 и переводятся в верхнее положение (d) Ключ 8 замкнут, ключи 9 и 10 разом кнуты. Ключ 11 замкнут. Производит ся интегрирование за время Т сигна ла f(x ) (фиг. 2) с выхода ПНЧ 15. После завершения второго такта на выходе интегратора 12 имеем напряжениеГ х Г ).l X +H- fliJj Х, ()j (Хо) Vn-) X,Rjdt-(l-ct)lf( J Аz. Одновременно с работой интбгратора 12 счетчик 16 подсчитывает количество импульсов Zg выходной частоты, поступивших в интегратор 12 в теч(ние второго такта Zj f(X()T Третий такт. Ключи 8 и 9 разомкну ты. Ключ 10 замыкается и переписывает напряжение с выхода интегратора 12 в блок 13 выборки и .хранения. Получаемое на выходе схемы напряжение принимается в качестве первого приближения Rо ( R dt-O-otlj (. J A J x Полученное значение X задает новое уточненное значение частоты (х:,) на выходе ПНЧ 15. Затем последовательность измерительных операций, згщаваемая тремя тактами, циклически повторяется, так что - Т п 9 )j X,(l.c6)jf(. (11 О о С ростом числа итераций напряжение Xj стремится к своему установившемуся значению Х. В установившемся режиме выходная величи- , На интегратора 12 не меняется. Это значит, что положительные прчращения (1+о), , получаемые в J оп Кд о течение второго такта, равны отриГдательным приращениям (( IR-° i J А о полученным в течение третьего такта Т ,, т „ («)((X)dt, Поскольку второй интеграл в вы- ражении (2) есть вольт-секундная площадь выходного сигнала ПНЧ 15 (фиг. 2), из (2) получим o««T(.,,. где - площадь одного импульса выходной частоты, Z - количество импульсов, поступивших в счетчик 16. Число ., записанное в счетчик, связано с измеряемым сопротивлением Rj соотношением # V 7 я ОП Таким образом, аддитивная погрешность /i корректируется после первой же итерации. Влияние мультипликативной погрешности oLj; всего тракта преобразования (масштабный усилитель. ключи 8-10, интегратор 12, блок 13 выборки и хранения, ПНЧ 15) с росто числа итераций резко уменьшается и в установившемся режиме полностью исключается из окончательного резул тата. Скорость убывания относительной n-Z погрешности измерения (г }-для предлагаемого устройства опреде ляется соотношением vi,r,, Лп ,,,, Z., I/ к,, V имп / ZВыбираяравным ; получаем -Ч.(.) .Г Из выражения (5) для относитель ной псэгрешности измерения следует, что в диапазоне -100% о 100% устройство обеспечивает точное определение Z при любых значениях начальной погрешности (Zp-Z)/Z. Использование X как опорной величины в схеме ПНЧ 15 (в этом случае Х{,) позволяет, согласно (3), полностью исключить погрешности источника 1 опорного напряжения на окончательный результат. . Таким образом, предельная точность измерения определяется -толь-. ко точностью резистора RO, а также точностью отношения времен T/f, что может быть обеспечено сравнительно элементарными средст;вами (например, с помощью кварцевого генератора). Следовательно, в предлагаемом устройстве в отличие от устройствапрототипа точность результатов обеспечивается без привлечения многозначной меры напряжения (ЦАП напряжения) . Таким образом, в предлагаемом цифровом омметре достигается высокая точность, а также упрощается структура устройства в целом.

ЦИФРОВОЙ OITOETP, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ) , ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности омметра, э него введены дифференциальный интегратор, блок выборки i и хранения, три ключа, причем выход операционного усилителя через два (Л ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и,хранения соединен с входом ПНЧ, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя. 4 О) О М

Sfcv.