Цифровой измеритель сопротивлений Советский патент 1985 года по МПК G01R27/00 

(риг, f Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения сопротивлений постоянному току. Известно устройство для измерения сопротивлений, содержащее образцовый источник питания, два усилителя постоянного тока, два масштабных резистора и образцовый резистор, а так же цифровой вольтметр Л , Однако это устройство обладает недостаточной точностью из-за погрешности, вносимой напряжениями и токами смещения усилителей. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель сопротивлений, содержащий источник постоянного тока, образцовый и измеряемый резисторы, переключатель, интегратор, бло сравнения, селектор, генератор импул сов и индикатор, причем выходы источника постоянного тока соединены с первыми выводами образцового и измеряемого резисторов и первым и вторым входа Г1 переключателя, вторые выводы резисторов соединены между собой и общей шиной измерителя, выход переключателя через интеграто соединен с блоком сравнения, первьй выход которого соединен с управляющими входами селектора и переключателя, первый выход генератора импул сов соединен с тактовым входом селе тора. В этом измерителе используется метод двойного интегрирования, В течение первого такта производит- ся интегрирование напряжений на измеряемом и образцовом резисторах дв мя раздельными интегратррами, затем во втором такте осуществляется разр интеграторов с помощью общего источ ника опорного напряжения. Длительность разряда каждого интегратора преобразуется в пропорциональное чи ло импульсов. Отношение числа импул сов, характеризующих длительность разряда каждого интегратора, равно отношению измеряемого и образцового сопротивлений. Величина измеряемого сопротивления отображается индикатором 2j . Однако известный измеритель хара теризуется недостаточной точностью из-за того, что на точность измерения влияет неидентичность двух кана лов .интегрирования, особенно напря.жений смещения и токов двух интеграторов и двух блоков сравнения. При снижении величины измеряемого сопротивления уменьшается длительность такта разряда и относительная погрешность его представления в виде числе импульсов. Последняя равна отношению постоянной абсолютной погрешности, составляющей длительность одного периода генератора импульсов, к полной длительности такта разряда, В итоге при измерении малых сопротивлений относительная погрешность возрастает. Это снижает точность измерений и ограничивает пределы измеряемых сопротивлений Цель изобретения - повьш1ение точности и расширение предела измерения сопротивлений постоянному току. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель сопротивлений, содержащий источник постоянного тока, образцовый и измеряемый резисторы, переключатель, интегратор, блок сравнения, селектор,, генератор импульсов и индикатор, причем выходы источника постоянного тока соединены с первыми выводами образцового и измеряемого резисторов и первым и вторым входами переключателя, вторые выводы резисторов соединены между собой и общей шиной измерителя, выход переключателя через интегратор соединен с блоком сравнения, первый выход которого соединен с управляющими входами селектора и переключателя, первый выход генератора имггульсов соединен с тактовым входом селектора, введены два счетчика и два дешифратора, причем второй выход блока сравнения соединен с вторыми управляющими входами селектора и ..переключателя, второй выход генератора импульсов соединен с синхронизирующим входом блока сравнения-, первьй выход селектора через первый счетчик соединен с первым входом индикатора, второй выход первого счетчика через первый дешифратор соединен с вторым входом второго дешифратора, второй выход селектора через второй счетчик соединен с вторым входом индикатора, а второй выход, второго счетчика через второй дешифратор соединен с третьим управляющим входом селектора, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поягняющие его работу. 3 Цифровой измеритель содержит источник 1 постоянного тока, измеряемьй резистор 2, образцовый резистор 3, переключатель 4, интегратор 5 блок 6 сравнения, селектор 7, генератор 8 импульсов, счетчики 9 и 10, дешифраторы 11 и 12, индикатор 13. Источник . 1 питает последовательно соединенные измеряемый 2 и образцовый 3 резисторы. Общая точка этих резисторов соединена с нулевым проводом измерителя, а потенциальные полюсы - с первым и вторым входами переключателя 4, связанного с селектором 7 через интегратор 5 и блок 6 сравнения. Два в)Ixoдa блока 6 сравнения подключены к первому и второму управляющим входам селектора 7, которые объединены соответственно с третьим и четвертым входами переключателя 4. Первый и второй выходы генератора 8 импульсов соединены с так товыми входами селектора 7 и блоков сравнения соответственно. Первый и второй выходы селектора 7 связаны .с входами счетчиков 9 и 10, первые выходы которых подключены к индикатору 13. Вторые выходы счетчиков 9 и 10 соответственно соединены с входами дешифраторов 11 и 12, дешифратор 11 через дешифратор 12 соединен с селектором 7. Измеритель работает следующим образом. В исходном положении (момент tg) счетчики 9 и 10 измерителя устанавли ваются в исходное положение, интегратор 5 разряжен, напряжение на его выходе равно 0. Управляющий сигнал с выхода блока 6 сравненияпереводит переключатель 4 в такое положение, при котором потенциальный полюс измеряемого резистора 2 подключается к входу интегратора 5. Напряжение на входе интегратора (фиг. 2в) iравно. R. + R, X . о где и - напряжение источника 1, Rj. и Rp - измеряемый и образцовый ре зисторы соответственно. Напряжение на выходе интегратора линейно нарастает (фиг. 2г). Блок 6 сравнения вырабатывает на своем выходе единичный сигнал, когда напря жение на выходе интегратора положительно, и нулевой, когда это напряжение отрицательно. На фиг. 2а пока094заны импульсы на втором выходе,генератора импульсов, имеющие период t, а на фиг. 26 - импульсы на первом выходе, сдвинутые во времени на половину такта. В момент t. тактовый импульс, поступивший на одноименный вход блоков сравнения (фиг. 2д), .переключает переключатель 4 в положение, в котором вход интегратора 5 соединяется с потенциальным полюсом образцового резистора. Таким образом, в момент t. кончается заряд интегратора и начинается его разряд. В режиме разряда .напряжение на входе интегратора 5 (фиг. 2в) равно о К„ + R. X о В ходе разряда напряжение на выходе интегратора 5 линейно уменьшается и становится отрицательным (фиг. 2). При этом единичный сигнал на выходе блока 6 сравнения Сменяется нулевым. В момент tj тактовьй импульс, поступивший на одноименный вход, переводит переключатель 4 в положение, при котором вход .интегратора 5 вновь соединяется с потенци- альным полюсом измеряемого резистора. Таким образом, в момент t,, кончается разряд интегратора и вновь начинается заряд. Работа интегратора 5 на интервале времени от t,. до t„ представляет собой цикл заряда - разряда (фиг. 2г). Затем эти циклы следуют один за другим вплоть до окончания процесса измерения. Во время заряда интегратора 5 на первом выходе блока 6 сравнения нулевой сигнал, на втором - единичный. Эти сигналы, поступая на управляющие входы селектора 7, разрешают прохождение тактовых импульсов от генератора 8 на второй выход селектора, т.е. на вход счетчика 10. Во время разряда интегратора 5 -сигналы на выходе блока 6 сравнения меняются на инверсные, при этом селектор 7 разрешает прохождение импульсов от генератора 8 на вход счетчика 9. В итоге в ходе измерения счетчик 9 подсчитывает число импульсов, пропорциональное сумм-.рной длительности времени разряда интегратора во всех циклах, а счетчик 10 - число импульсов, пропорциональное суммарной длительности времени заряда интегратора во всех циклах. V1 т,; N.t, где Т - длительность яарлда инте ратора в L-OM цикле (фиго 2г); длительность разряда интегратора в i-oM циклер Ng - количество импульсов, под считанное счетчиком 10| N - количество импульсов, под считанное счетчиком 9; К номер конечного цикла измерений;t - длительность периода гене ратора 8 импульсов; .),; - суммарные длительности в мени заряда и разряда ин тегратора соответственно Общий заряд, получаемьм интегра .тором за сумматорное время заряда во всех циклахJ равен и U.RX к (R - S VRcSr° где RC постоянная времени интегр тора Такой же величины общий заряд о нимается у интегратора за c-jnvrMapHo время разряда во всех циклах (5) I . - о у т . ° RC ° i5,-v«o)«cf; ох Из равенства выражения (4) и (5 с учетом формул (3) получают о . х (6) у - Кл N, Rg выбирается кратным 10, Процесс измерения организуется таким образом, чтобы значение N также б ло кратным to. Тогда значение N о ределяет значащие цифры измеряемог сопротивленияS а значение NQ при данном R. - порядок измеряемой вел чины, В конце измерения показания счетчика 9 отображаются на индикато в виде значащих цифр; а состояние счетчика 10 управляет положением запятой Конец измерения определяется следующим образом,. Пусть требуемая погрешность дискретности составляет . Как известно, в этом случае индикатор содержит четыре значащих цифры. Чтобы получить требуемую погрешность дискретности, процесс измерения необходимо организовать таким образом, чтобы значение N превышало величину Это одно из условий, которое должно быть выполнено в процессе измерения. Второе заключается в том, что, с целью упрощения аппаратурной реализации деления N на NQ, требуемого в соответствии с формулой (6), измерение заканчивается в момент, когда значение NQ становится кратным 10. Выполнение этих двух условий обеспечивается с помощью части схемы, включающей дешифраторы 11 и 12. Дешифратор 11 анализирует состояние счетчика 9 и вырабатывает на своем выходе единичный сигнал, когда в счетчике записано число , Де- шифратор 12 анализирует состояние счетчика 10. Единичный сигнал на его выходе появляется только тогда, когда в счетчике 10 записано число, кратное 10, т.е. NO 1, 10, 100, .о.. Первый же единичный сигнал с выхода дешифратора 12 переводит его в состояние, при котором появляется управляющий сигнал, поступающий на селектор 7, и запрещает прохождение импульсов как на первытй, так и на второй последнего. Тем самым останавливается счет импульсов счетчиками 9 и 10. Состояние этих счет-чиков, отображенное индикатором, является результатом измерения. Длительность измерения не превышает 1 с. Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства заключается в следующем. Измеритель активных сопротивлений позволяет повысить точность измерений малых сопротивлений и расширить пределы измерений благодаря следующим обстоятельствам. Величина измеренного сопротивления связана с параметрами процесса измерения (величинами R , NJJ а NQ) формулой (6). При этом значения Nj, и NQ пропорциональны соответственно измеряемому и образцовому резистором N K.R, N 0 К. R 0 где К - коэффициент пропорциональности, зависит от параметров схемы, в частности напряжения и, периода генератора импульсов t и др.. В связи с тем, что концы циклов заряда - разряда интегратора 5 не совпадают во времени с моментами по явления тактовых импульсов генератора 8 (эти процессы несинхронны), абсолютная погрешность определения значения N,j равна единице (одному такту генератора 8 импульсов). Отно сительная погрешность поэтому равн I - АХ i W. X . формулы (7) и (8) верны и для прототипа. Отличие заключается в т что в прототипе величина крэффицие

а

I М I 111 И I I I I I 9 та К постоянна для всех значений измеряемых сопротивлений и поэтому относительная погрешность дискретности как это следует из формулы (8) тем больше, чем меньше Ry. Это снижает точность измерения малых сопротивлений и соответственно ограничивает снизу пределы измерений. В предлагаемом измерителе процесс измерения организуется таким образом, что величина , «ЗОА где Цд. - заданная относительная погрешность дискретности. Благодаря этому измеритель адаптируется к значению измеряемого сопротивления, увехгачивая коэффициент К в выражениях (7) и (8) при уменьшении измеряемого сопротивлен ия. В итоге, как следует из выражения (8), увеличение К приводит к снижению 8 , т.е. повьш1ается точность измерения малых сопротивлений и понижается нижний предел измерений.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник постоянного тока, образцовый и измеряемый резисторы, переключа.тель , интегратор, блок сравнения, селектор, генератор импульсов и индикатор, причем выходы источника постоянного тока соединены с первыми выводами образцового и измеряемого резисторов и первым и. вторым входами переключателя, вторые выводы резисторов соединены между собой и общей шиной измерителя, выход переключателя через интегратор соединен с блоком сравнения, первый вы-2т зт ход которого соединен с управляющими входами селектора и переключателя, первый выход генератора импульсов соединен с тактовым входом селектора, отличающий-ся тем, что, с целью повышения точности и расширения предела измерения, в него введены два счетчика и два дешифратора, причем второй выход блока сравнения соединен с вторыми управляющими входами селектора и переключателя, второй выход генератора импульсов соединен с синхронизируюпщм входом блока сравнения, первый выход селектора через первый счетчик соединен с первым входом индикатора, второй выход первого счетчика (Л через первый дешифратор соединен с вторым входом второго дешифратора, второй выход селектора через второй счетчик соединен с вторым входом индикатора, а второй выход второго счетчика через второй дешифратор соединен с третьим управляющим вхосо дом селектора. 4 О СО 13