Способ измерения напряжений и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

2. Устройство для измерения напряжений, содержащее источник образцового напряжения, блок образцовых сопротивлений, блок коммутации и блок сравнения образцового и измеряемого напряжений, отличающее с я тем, что блок образцовых сопротивлений выполнен в виде кольцевого делителя напряжения, состоящего из двух одинаковых секций элементов сопротивлений, а блок коммутации 657

в виде четырехполюсного коммутатора, вход которого соединен с источником образцового напряжения, а выход с входом блока сравнения измеряемого и образцового напряжений, причем значения сопротивления элементов каждой секции, так же как и суммы значений последовательно соединенных между собой элементов, не равны друг другу и кратны значению наименьшего из этих сопротивлений.

1.Способ измерения напряжений путем сравнения измеряемого напряжения с известным образцовым напряжением кo meнcaции, значение которого изменяют дискретно до равенства обоих напряжений, отличающийся тем, что, с целью упрощения при одновременном расширении диапазона измерения, значение напряжения компенсации выбирают из упорядоченного в виде кольцевой последовательности ряда образцогтых напряжений, значения которых заранее подбирают так, что эти напряжения, так же как и суммы следующих друг за другом в последовательности напряжений, не равны между собой, с € кратны наименьшему из них и исчерпывают значения ряда натуральных чисел сл со О5 СП

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрических напряжений(сопротивлений)и построения компенсаторов постоянног и переменного токов, реализующих мостовой метод сравнения образцовог и измеряемого напряжений. Известен способ измерения постоя ного напряжения, основанный на формировании компенсирующего напряжени и его постепенном приближении к уровню измеряемого напряжения, при этом фиксируют моменты совпадения компенсирующего и входного напряжеНИИ, сравнивают по длительности соседние временные интервалы между зафиксированными моментами совпадения, а о величине измеряемого напряжения судят по значению компенси рующего напряжения при равенстве сравниваемых временных интерваловСI Наиболее близким к изобретению является способ измерения сопротивлений (напряжений) методом сравнения, основанный на сравнении падения напряжения на измеряемом и образцовом резисторах, при котором получают максимально возможное совпадение числового отсчета напряжения на изм ряемом и образцовом сопротивлениях с помощью трансформации значения измеряемой величины, для чего выста ляют на декадах потенциометра или измерительного моста вместо единиц старшего разряда требуемое количест во девяток и десятку младших разрядов 2 J. Однако известный способ также не обеспечивает измерений в широком диапазоне напряжений с заданной точ ностью, так как при этом не полностью используются комбинационные возможности получения напряжений на последовательности исходных значений образцовых напряжений. Целью изобретения является упрощение при одновременном расширении диапазона измерения., Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряжений путем сравнения измеряемого напряжения с известным образцовым напряжением компенсации, значение которого изменяют дискретно до равенства обоих напряжений, значение напряжения компенсации выбирают из упорядоченного в виде кольцевой последовательности ряда образцовых напряжений,-значения которых заранее подбирают так, что эти напряжения, так же как и суммы следующих друг за другом в последовательности напряжений, не равны между собой, кратны наименьшему из них и исчерпывают значения ряда натуральных чисел. Кроме того, в устройстве для измерения напряжений, содержащем источник образцового напряжения, блок образцовых сопротивлений, блок коммутации и блок сравнения образцового и измеряемого напряжений, блок образцовых сопротивлений выполнен в виде кольцевого делителя напряжения, состоящего из двух одинаковых секций элементов сопротивлений, а блок коммутации - в виде четырехполюсиого коммутатора, вход которого соединен с источником образцового напряжения, а выход - с входом блока сравнения измеряемого и образцового напряже31НИИ, причем значения сопротивления элементов каждой секции, так же как и суммы значений последовательно соединенных между собой элементов не равны друг другу и кратны значению наименьшего из этих сопротивлений. На фиг. 1 изображена схема устрой ства, реализующего способ измерения на фиг. 2 - схема устройства с общей ручкой управления. Способ измерения состоит в том, что компенсирукяцее напряжение формируют из заранее упорядоченного в виде кольца ряда ограниченного числа образцовых напряжений(сопротивлений значения которых, так же как и значения их смежных сумм, не равны дру другу и кратны значению наименьшего на них, а все сочетания этих образцовых напряжений исчерпывают значения всех чисел натурального ряда. Устройство для измерения напряже ния содержит источник 1 образцового напряжения, блок 2 образцовых сопро тивлений, блок 3 сравнения образцов го и измеряемого напряжений и блок 4 коммутации(на фиг. этот блок ра положен внутри блока 2. Блок 2 образцовых сопротивлений выполнен в виде кольцевого делителя напряжения содержащего две одинаковые секции элементов сопротивлений по четыре (х-4)элемента в каждой секции с упорядоченным отношением значений последовательно сс рдиненных между собой резисторов :Rj 1:2:6: Такое соединение позволяет получить все без исключения значения сопроти ленийот R до 13 R со ступенью через R, выбирая только подряд иду щие в этом соединении резисторы и . используя все X -Х+1 13 варианты выбора т.е. число сочетаний, получа емое выбором всевозможных частей кольцевой цепочки элементов R,, 2R R2, 3R R R, ,5R,, , .+RT+R, ,+R3, QR R +R -t-Rj, 10 , TlR , 12R,Rj- Rj+R4, 13R;,R:,+ -t-Rj+Rj+R). Величины сопротивлений в общем случае определяются следующим образом. Наименьшее сопротивление равно (к -X + 1 )-ой части суммаююго сопротивления всех резисторов, где X - число резисторов в секции кольц вого делителя, второе по сопротивление равно удвоенному зна7чению наименьшего сопротивления, а каждое последующее по величине сопротивление больше наибольшего предыдущего на величину наименьшего сопротивления при условии, что предьщущие сопротивления не соединены между собой(т.е. не следуют друг за дpyгoмjJ иначе последнее выбрано больше суммы упомянутых сопротивлений на величину наименьшего сопротивления и т.д. до получения значений сопротивлений, исчерпывающих значения всех чисел до натурального ряда от (единице соответствует наименьшее сопротивление ). Число образцовых напряжений X может быть сколь угодно большим. Устройство работает следующим образом. Образцовое напряжение от источника 1 через два из четырех контакта блока 4 коммутации подводится в диаметрально расположенные узловые точки секций элементов сопротивления блока 2 и снимается с двух других его контактов, поступая на один из входов блока 3 сравнения образцового и измеряемого напряжений, на второй вход которого подводится измеряемое напряжение. Каждому новому положению ручек управления блока 4 коммутации соответствует новое значение образцового напряжения на входе 3 сравнения. При этом равенство образцового и измеряемого напряжений определяется непосредственно по положению )учек управления при минимальном отклонении от нуля стрелки индикатора равенства блока 3 сравнения. При наличии общей ручки управления(фиг.2) отсчет результата кзке.ренц/1 можно производить непосредственно в вольтах по положению этой вучки. Таким образом, при любом отсчете измеряемого напряжения в работе находятся только четыре обтекаемых током контакта, соединяющие две пары диаметрально расположенных узловых точек мостовой схемы соответственно с источником образцового напряжения и блоком сравнения. Предлагаемый способ позволяет расширить диапазон измерения напряжений (сопротивлений J за счет использования комбинаторных свойств упорядоченного набора исходных значений образцовых напряжений. При этом упрощается процесс измерения. Способ

целесообразно применить для построения измерительных приборов, в которых используется мостовой метод сравнения образцового и измеряемого напряжений. При измерении малых напряжений(сопротивлений)предлагаемый способ позволяет снизить погрешность измерения за счет исключения влияния внутренних соединений плеч, а при реализации способа в мостах переменного тока - уменьшить емкостную связь между элементами моста благодаря удобству экранирования цепочки последовательно соединенных элементов сопротивлений, возможноети их разнесения и заземления клемм образцового и выходного напряжений. Реализация предлагаемого способа осуществляется без закорачивания ключевыми элементами образцовых сопротивлений, что практически полностью исключает влияние сопротивления ключей на погрешность измерения

Техническое преимущество способа состоит в расширении диапазона измерения при одновременном упрощении за счет использования комбинаторных свойств упорядоченного кольцевого набора исходных значений образцовых напряжений. При этом повышается надежность работы прибора, реализующего предлагаемый способ за счет уменьшения числа обтекае1-1ых током ключевых элементов до четырех независимо от общего числа образцовых резисторов.

Реализация способа практически исключает влияние сопротивления ключей на погрешность измерения, так как процесс уравновешивания протекает без закорачивания образцовых сопротивлений ключевыми элементами.

-Ч8