Магазин сопротивлений Советский патент 1985 года по МПК G01R15/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при реализации точного дискретного преобразования переменного напряжения в синфазный ток. Известен магазин сопротивлений, с держащий последовательно соединенные декады, состоящие из безреактивных проволочных резисторов с одинаковыми сопротивлениями включаемых в токо ведущую цепь последовательно с помощью соответствующего переключателя 1 . Недостаток известного магазина со противлений проявляется в резком уве личении погрешности йреобразования с ростом частоты входного напряжения при введении в токоведующую цепь высокоомных декад. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является мага зин сопротивлений, содержащий последовательно соединенные декады, состоящие из подключаемых по одному в токоведущую цепь с помощью соответствующего переключателя прецизионных безреактивных резисторов, экг ран, соединенньй с общим для входа и выхода устройства зажимом 2J . Недостаток указанного магазина сопротивлений связан с наличием частотной погрешности преобразования из-за паразитных емкостей между цепями переключателей смежных декад и экраном, что существенно ограничивает возможный частотныйдиапазон. Цель изобретения - расширение частотного диапазона. . Поставленная цель достигается тем что в магазине сопротивлений, содержащем три последовательно соединенны декады, состоящие из подключаемых по одному в токоведущую цепь с помощью соответствующего переключателя прецизионных резисторов, из которых сос тавляющие младшую декаду выполнены безреактивными, экран, соединенньй с общим для входа и выхода устройства зажимом, между подключаемыми к второ декаде выводами резисторов первой де кады и экраном, между подключаемыми к второй декаде выводами резисторов третьей декады и экраном, междУ выводами резисторов второй декады и между выводами резисторов третьей декады введены соответственно первая вторая, третья и четвертая группы стационарно подключенных конденсатеров, а параллельно третьей декаде пятая и щестая группы конденсаторов, подключаемых по одному с помощью соответствующих переключателей одновременно с включением в токоведущую цепь резисторов первой и второй декад, причем произведение суммы емкости одного из конденсаторов первой группы и паразитной емкости между общей цепью переключателей первой и второй декад и экраном на активное сопротивление соответствующего резис.тора первой декады, а также произведение активного сопротивления каждого резистора второй и третьей декад на сумму емкости соответствзпощего кондецсатора третьей и четвертой групп и .собственной паразитной емкости резистора равно значению постоянной времени резистора наибольшего номинала третьей декады, сумма емкости конденсатора второй группы и паразитной емкости между рбщей цепью переключателей второй и третьей декад и экраном, а также емкости конденсаторов пятой и шестой групп пропорциональны активным сопротиблениям резисторов соответственно третьей, первой и второй декад с коэффициентом пропорциональности, равным отношению паразитной емкости между общей цепью переключателей второй и третьей декад и экраном к активному сопротивлению резистора наименьшего номинала третьей декадм. На чертеже представлена упрощенная принципиальная электрическая схема магазина сопротивления. Резисторы 1- соответственно первой (мпадшей), второй и третьей декад представлены схемами замещения, на которых показаны активные сопротивления 4 (К4(зс ) (бу)и паразитные емкости 7 (), 8 (Cgw) резисторов 2- и 3. Цифровой индекс соответствует позиции элемента а бук-г венный индекс указывает положение переключателя декады относительно неподвижных контактов 9 и 10, 11 и 12, 13 и 14, а также значения активных сопротивлений резисторов 1-3, включённых между этими контактами своими выводами 15 и16, 17 и 18, 9 и 20 в единицах декад. Указанные вторые индексы имеют значения: OL Т,2,3...,11, /3 0,1,2...11, jf 0,1,2,..11, т.е. все три декады содержат по 11 резисторов. Кроме того, вторая и третья декады снабжены также короткозамыкающими перемычками Выводы 21 и 22,: 23 и 24 конденсаторов 25 (Cjjoi) 26 () подключаются к неподвижным контактам 27 ,и 2S, 29 и 30 одновременно с введением в токоведущую цепь соответственно ре зисторов 1 и 2. Параллельно резисторам 2 и 3 между их выводами 17 и 18, 19 и 20, подключены конденсаторы 31 (С„й), 32 (Сщ). Конденсатор 33 (Ц}.,) включен между выводом 16 резистора 1 .и экраном 34, и конденсатор 35 (Gjf/ между выводом 19 резистора 3 и экраНОМ 34. Паразитная емкость между общей цепью переключателей первой -и второй декад, к которой относятся не подвижные контакты 10 и 11 и проводник, их соединяющий, и экраном 34 обозначена позицией 36 ( и равна сумме параллельно включенных паразитных емкостей между неподвижными контактами 10 и П, проводником, соединяющим эти контакты, и экраном 34, а также между выводами 16 и 17 резисторов 1 и 2, подключаемыми к контактам 10 и 11 и экраном 34. Паразитная емкость между общей цепью переключателей второй и третьей декад, к которой относятся неподвижные контакты 12 и 13, 27 и 29 и проводники, их соединяющие, и экраном 34, обозначенная позищ1ей 37 (С), представляет собой сумму параллельно включенных паразитных емкостей между неподвижными контактами 12 и 13, 27 и 29, проводниками, соединяющими их, и экраном 34, а также между выводами 18 и 19 резисторов 2 и 3, выводами 21 и 23 конденсаторов 25 и 26 к экраном 34.. Позицией 40 обозн чена па:разитная емкость между входными зажимами 38 и 39, равная сумме параллельно включенных между собой паразитных емкостей меяоду сЬ.бственно зажимами 38 и 39, междУ контактом 9 и экраном 34, между проводником, соединяюцщн зажим 38 и контакт 9, и экраном 34, между выводом 15 резистора 1 и экраном 34. Вы ходные зажимы устройства обозначены позициями 41 и 42. Экран 34 соединен с зажимами 39 и 42. На схеме не пока заны остальные резисторы декад, соединенные с ними конденсаторы, а также конденсаторы, одновременно вводи мые с ними в токоведущую цепь, соединенные электрически с экраном 34 внутренние экраны, устраняющие емкостные связи между резисторами декад. Декады резисторов имеют карусельную конструкцию. Резисторы 1, конденсаторы 33 (О)-) 25 (С) смонтированы на поворачивающемся барабане переключателя первой декады. Резисторы 2, конденсаторы 31 (), 26 (С25д) а также резисторы 3, конденсаторы 32 (.), 35 (C,jjy) смонтированы на поворачивающихся оарабанах переключателей соответственно второй и третьей декад. Резисторы 1, составляющие младшую декаду, являются безреактивными в том смысле, что имеют малую постоянную времени (меньше 1(J с) и большую собственную резонансную частоту. Конденсаторы 35 (С,5у), 26 (С,,,), 25 () - воздушные, причем емкости ляют несколько единиц или десятков пФ, а емкости 2foi имеют соответственно на один и два порядка меньше значения. Конденсаторы 31 (С,«р), 32 (С„/), 33 (С,,у), 31 (С ), 32 (С ), 33 (С) - также воздушные,если паразитная емкость 3 (Cj.) очень мала (доли пФ) . Если же С.-имеет значения порядка нескольких единиц или десятков пФ, то конденсаторы 31-33 могут быть, например, слюдяные . У этих конденсаторов (при учете паразитных емкостей Cg,, , С.,) должны быть одинаковыми тангенсы углов потерь и температурные коэффициенты емкости, (Значения С,д, С соответственно на один и два порядка больше, чем значения С). Значения паразитных емкостей С и С во всех положениях переключателей декад неизменны благодаря неизменной конфигурации цепей переключателей дек.ад,. , Ъ измерительном состоянии устройтва, т.е. в режиме короткого заыкания на выходе, являющемся рабочим ри подключении к выходным зажимам 1 и 42, достаточно низкоомной н грузки, а также при использовании его в схемах с уравновешиванием токов, вязь между преобразуемым напряжеием и и выходным током i опрееляется коэффициентом преобразоваия

. t + Jw(,,fe|R4 i

..

(,б1 R

H5U(C, Tflei oajUvi- постоянные времени pe .знсторов 2 и 3, причем 2(4pC,,г, ьу-Cg. При выполнении соотношений 2506 26 Сзеу- Ь о 5 Р где Ш - коэффициент пропорциональ ности, Ф/Ом, а также рявенств ,,p - f -- 6y-C«y , л .;. где Т - постоянная величина, с, для любых положений переключателей декад коэффициент преобразования устройства равен , Т.е. определяется суммой только активных сопротивлений выставленных р зисторов 1-3 декад и является вещес венным числом десятичной системы счисления с тремя значащими разряда ми, старший из которьрс выставляется активными сопротивлениями j а следующие два разряда - соответственно активными сопротивлениями Р4( . Из выражения (4) следует, что коэффициент ii, преобразования некритичен к значению паразитных, ем костей С%, Сд ;вследствие чего данный магазин свободен от частотн погрешности преобразования из-за паразитных емкостей 36 и 37 Между щими цепями переключателей декад и экраном 34. Благодаря этому устран ется и частотная погрешность преоб разования из-за паразитных емкосте между декадами, так как нек15итичность устройства к значению паразитных емкостей между общими цепям переключателей декад и экраном 34 позволяет использовать внутренние

iwlC,5ot+C;),,iiC36)

и jUU31f4- 5f « 2f4

краны для резисторов каждой декаы, соединенные с общим экраном 34. Из выражения (4), видно, что коэффициент К преобразования также некритичен к значению собственной паразитной емкости резисторов 2 и 3 соответственно второй и третьей декад, что позволяет использовать в качестве элементов этих декад резисторы с такими видами намотки, при которых паразитная индуктивность резистора практически равна нулю (например, бнфилярная), т.е. использовать весьма высокоомные проволочные образцовые резисторы с очень большими значениями собственной резонансной частоты. Входная паразитная емкость ( ) не оказывает влияния на погрешность , преобразования напряжения О в ток 1, так как она включена .параллельно источнику напряжения и . Поэтому еенет и в выражении (1) . Для данного устройства значения (п по (2) и Т по (3) берутся наименьшими- При этом значение m равно отношению емкости 37 (Сар) к активному сопротивлению резистора третьей декады наименьшего номинала, а значение Т равно значению постоянной времени резистора третьей декады наибольшего номинала. Из,.выражения (4) видно, что в предлагаемом устройстве отсутствует частотнад погрешность преобразования напряжения.в синфазньй ток как по модулю, так и по фазе из-за паразитных, емкостей между цепями переключателей смежных декад и экраном 34, а .также из-за паразитных емкостей резисторов третьей и второй декад. Устройство работает следующим образом. Поворотом барабанов переключателей декад между неподвижными контактами 9 и 10, 11 и 12, 13 и 14 вводятся в тсуковедущую цепь расположенные на барабанах этих переключателей резисторы 1-3, активные сопротивления которых в единицах декад соответствуют младшему, второму и старшему разрядам трехзначного числа, выражающего в десятичной системе счисления ааданный коэффициент преобразования К. Одновременно с включением резисторов 1-3 в токоведущую цепь вводятся электрически соединенные с ними и смонтированные на барабанах переключателей конденсаторы 33, 31,32 (,, ), значения емкостей которых удовлетворяют условию (3), Также одновременно с резисторами 1-3 в токоведущую цепь включаются . по одному конденсаторы 25 (С) между неподвижнь ми контактами 27 и 28, конденсаторы 26 () между неподвижными контактами 29 и 30 и соединенные с резисторами 3 конденсаторы 35 (), причем емкости конденсаторов 25, 26, 35 (Cjj, Cj, ), смонтированных на барабанах соответственно младшей, второй и сташей декад, удовлетворяют условию (2). После выставления декадами магазина заданного коэффициента преобразования k к выходным зажимам 41 и 42 подключается нагрузка, сопротивление которой достаточно мало по сравнению с выставленным коэффициентом преобразования для обеспечения режима короткого замыкания на выходе устройства, а к входным за-, жимам 38 и 39 подается напряжение Ik

Если заданной величиной является ток 1 в нагрузке, подключенной между выходными зажимами 41 и 42, то при подключении магазина к источнику напряжения Lf до тех пор изменяют (начиная соiстаршей декады) выставляемые сопротивления декад поворотом барабанов их переключателей, пока прибор реагирующий на значение тока в нагрузке, не показьюает заданное 31 ачение тока.

При использовании устройства в схемах с уравновешиванием токов, для измерения параметров пассивных двух- полюсников выходные зажимы 4 и 42 подключаются к вершинам измерительной диагонали указанных схем, либо к обмотке компаратора токов, затем в процессе уравновешивания измерительной схемы поворачивают барабаны переключателей декад преобразователя (наряду с регулировками другого параметра этой схемы) до тех пор пока нуль-индикатор не показывает отсутствие напряжения между вершинами измерительной диагонали схемы, либо отсутствие разностного магнитного потока в компараторе токов (в двойных трансформ торных мостах). В обоих указанных случаях обеспечивается режим короткого замыкания на выходе преобразователя и его коэффигдиент преобразования V , определяемый по выражению (.4), входит в уравнения равновесия измерительной схемы как значение дискретно регулируемой высо.коомной меры активного сопротивления.

Постоянство паразитных емкостей Cj, , С j между общими цепями переключателей и экраном 34 для всех положений переключателей декад облегчает

Выполнение условий (2) и (3). Число

конденсаторов 31 и 32 (С,п, может быть сокращено, если изготавливать резисторы 2 и 3, у которых в соответствии с соотношением (3) получены необходимые значения емкостей С., п и Cov, при которых (;i«-T,

gv , при кичорых 2n

Таким образом, предлагаемый магазин сопротивлений характеризуется отсутствием частотной погрешности преобразования переменного напряжения в синфазный ток из-за паразитных емкостей между цепями переключателей смежных декад и экраном 34, из-за паразитных емкостей между декадами,а также собственных паразитных емкостей резисторов старшей и второй деад. Частотный диапазон устройства определяется только частотным диапазоном, в котором частотная погрешность резистора 1 младшей его /декады не ревосходит погрешности преобразования на постоянном токе, и поэтому вляется значительно расширенным.

МАГАЗИН СОПРОТИВЛЕНИЙ; содержащий три последовательно соединенные декады, состоящие из подключаемых -по одному в токоведущую цепь с помощью соответствунщего переключателя прецизионных резисторов, из которых составляющие младшую декаду вьшолнены безреактивными, экран, соединенный с общим для входа и выхода устройства зажимом, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, между подключаемыми к второй декаде вьгоодами резисторов первой декады и экраном, между подключаемыми к второй декаде выводами резисторов третьей декады и экраном, между выводами резисторов второй декады и между выво-. дами резисторов третьей декады введе мы соответственно первая, вторая. тертья и четвертая группы стационарно подключенных конденсаторов, а .параллельно третьей.декаде - пятая и шестая группы конденсаторов, подключаемых по одному с помощью соответ- ствукяцих переключателей одновременно с включением в токоведущую цепь резисторов первой и второй декад, причем произведение суммы емкости одного из конденсаторов первой группы и паразитной емкости мелду общей цепью переключателей первой и второй декад и экраном на активное сопротивление соответствукяцего резистора первой декады, а также произведение . активного сопрютивления каждого резистора второй и третьей .декад на (Л сумму емкости соответствующего конденсатора третьей и четвертой групп и собственной паразитной емкости резистора равно значению постоянной времени резистора наибольшего номинала третьей декады, сумма емкости конденсатора второй группы и пара.зитной емкости между общей цепью 00 переключателей второй и третьей де кад и экраном, а также емкости конден 4: саторов пятой и шестой групп пропорциональны активным сопротивлениям резисторов соответственно третьей, первой и второй декад с коэффициентом пропорциональности, равным отношению паразитной емкости между общей цепью переключателей второй и третьей декад и экраном к активному сопротивлению резистора наименьшего номинала третьей декады.