Устройство для измерения сопротивления Советский патент 1985 года по МПК G01R27/02 

I

Изобретение относится к электрометрии, а именно к электрометрическим методам и устройствам для изме рения сопротивления, и может быть ис пользовано для измерения сопротивления из олягщи изделий и аппаратуры, а также выходного сопротивления датчиков, например, электрохимических с твердым электролитом.

Целью изобретения является повышение точности измерения сопротивления за счет устранения нелинейности зависимости между измеряемым сопротивлением и величиной, поступающей в измерительный блок (в данном слу чае интервал времени между началом формирования линейно-изменяющегося напряжения и моментом пробоя нелинейного элемента ).

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения сопротивления, на фиг.2 - временные диаграммы, пояснягющие его работу.

Устройство для измерения сопро тивления содержит генератор 1 зарядных импульсов, образцовый резистор 2 нелинейный элемент-опорный диод 3, образцовый конденсатор А, измеряемое сопротивление 5, нуль-орган 6, источник 7 линейно растущего напряжения, блок 8 управления, измеритель 9 отношения двух напряжений, источник 10 линейно растущего напряжения нуль-орган 11, источник 12 экспоненциально растущего напряжения, источник 13 линейно растущего напряжения первый выход генератора 1 зарядных импульсов через резистор 2 и опорный диод 3 подключен к образцовому конденсатору 4, вторая обкладка которого заземлена и параллельно которому подключено измеряемое сопротивление 5. Входы нуль-органа 6 подключены к резистор у 2. Третий выход генератора 1 зарядных импульсов напряжения .подключен к входу установки в нуль первого источника 7 линейно растушего напряжения и к второму входу блока 8 управления, к первому входу, которого подключен выход нуль-органа 6. Выход источника 7 линейно растущего напряжения подключен к первому информационному входу измерителя 9 отношения двух напряжений. Выход второго источника 10 линзйно растущего напряжения подключен к первому входу второго нульоргана Ii, к второму входу которого подключен выход источника 12 экспо57А792

нр.нциально растущего напряжения. Выход нуль-органа 1 подключен к третьему входу блока 8 управления и к входу запуска измерителя 9 отношения 5 двух напряжений, к второму информационному входу которого подключен выход третьего источника 13 линейно растущего напряжения. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы

0 блока 8 управления подключены соответственно к входам первого, второго и третьего источников линейно растущего напряжения 7, 10 и 13 к входу установки в нуль второго IО источни5 1 линейно растущего напряжения и к входам установки в нуль источника 12 экспонёнцис1ьно растущего напряже.ния и третьего источника 13 линейно растущего напряжения.

Q Устройство для измерения сопротивления работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатьтает на третьем выходе прямоугольные импульсы, а на первом - прямоугольные импуль5сы заряда и следующие вслед за ними пилообразные импульсы обратной полярности. Под воздействием импульсов заряда конденсатор (Сд) зарягкается до напряжения U импульса заря0да, а затем разряжается через измеряемое сопротивление (RJ,). Когда сумма напряжения на конденсаторе и пилообразного напряжения превысит напряжение пробоя опорного диода 3, 5 через опорный диод 3 и резистор 2 начинает протекать примерно постоянный ток. Начало возникновения этого тока фиксируется нуль-органом 6. Источник 7 линейно растущего напряжео ния преобразует интервал времени от начала формирования линейно падающего напряжения и до момента пробоя опорного элемента 3 в напряжение U. Второй источник 10 линейно растущего напряжения преобразует в напряжение, и разность интервалов времени Т и Tj, где Tj TO, а TO равно Т при R JJ в 00 . Источник 12 экспоненциально растущего напряжения пре- 0 образует напряжение 1) в интервал

времени Т, за который экспоненциально растущее с постоянной времени t к уровню Uj напряжение достигает уровня Uj, где Uj - напряжение, которому равнялось бы U при К 0. Источник 13 растущего напряжения преобразует интервал времени Т в напряжение U, пропорциональное этому интервалу. В момент равенства эк поненциально растущего напряжения и уровню Uj, (в момент окончания Т и окончания формирования напряжения Llj.) производится нуль органом 1 запуск измерителя 9 отношения двух напряжений, который производит измерение и, к UyCuyUy).. Временная Диаграмма « (фиг.2) изображает форму напряжения, подаваемого первого вьпсода генератора зарядных импульсов напряжения. Это напряжение через резистор 2 и опорный диод 3 поступает на цепь, где Сд образцовый конденсатор 4, а R X измеряемое сопротивление 5. На третьем выходе генератора 1 напряжение появляется во время наличия зарядного напряжения-на втором выходе и равно нулю - во время линейно падающего участка напряжения на втором выходе. Временная диаграмма б (фиг.2) изображает фррму напряжения на конденсаторе 4 и сопротивлении 5 относи тельио общей шины. Под воздействием зарядного импульса конденсатор 4 заряжается до напряжения О о (участок 1 временной диаграммы), а затем начинает разряжаться по экспоненте через измеряемое сопротивление до момента пробоя д;иода 3 (участки 11 и III временной диаграммы). Пробой диода происходит тогда, когда разность между напряжением на конденсаторе 4 и линейно падающим отрицатель ным напряжением стане- равнь1м или больщим напряжением пробоя. На временной диаграмме 5 (фиг.2) пунктиром показано линейно падающее от уровня Напряжение пробоя со скорсстью, равной скорости падения напряжения на выходе генератора I (вре менная диаграмма с«). Когда это услов ное напряжение, показанное пунктиром становится равным напряжению на конденсаторе С,, т.е. когда Unp- Kt U это означает, что U « Kt , т.е Еьтолняется условие пробоя опорного иода 3, при этом « Т. Временная иаграмма 1 показывает форму тока, протекающего по резистору 2, Времен ные диаграммы о(, 5 и в (фиг.2Г демонстрируют работу известного устрой ства. Временная диаграмма t иллюстриру ет работу первого источника 7 линейно растущего напряжения, который устанавливает в нуль импульсом с третьего выхода генератора I на участке 1 временной диаграммы и включается на время Т:,, преобразуя интервал Т в напряжение U. Временная диаграмма с иллюстрирует процесс полученья интервала постоянной длительности Т , которая в t равна Т когда Ry . Случай, когда R11 00 иллюстриру ется на временной диаграмме б отрез™ ком горизонтальной прямой линии на уровне DO, так как при R, кон денсатор 4 не разряжается и Т Т ео . На временной диаграмме е изображен процесс преобразования разности интервалов Т,-Т в напряжении U, который производится путем включения блоком управления второго источника 10 линейно растущего напряжения на время участка 111 временной диаграммы, т.е. на время (одновибратор, вьфабатывающий импульс длительностью Тр, входит в состав блока 8 управления и отдельно на фиг.1 не показан). Установка в нуль второго источника 10 линейно растущего напряжения производится блоком 8 управления на унастках 1 и 1I временной диаграммы фиг.2. На этой же диаграмме е изображен процесс формирования экспоненциально растущего напряженжя и. , который осуществляется источником 12 экспоненциально растущего напряжения который переводится блоком 8 управления в нулевое состоя ние на участках I - И1 временной диаграммы. Экспоненциально растущее с постоянной времени Т напряжение начинает формироваться в начале участка fV временной диаграммы, т.е. в момент пробоя нелинейного элемента 3. В этот момент блок управления прекращает установку в нуль источника 12. Напряжение и стремится к уровню U.. Uj - напряжение, которому равнялось бы и, при RV 0. Процесс получения RX U при R. О показан на диаге тонкой линней, Т при этом На диаграмме ж изображен процесс получения интервала Т от момента начала формирования напряжения U до омента равенства этого напряжения напряжению U, который фиксируется уль-органом П. На диаграмме поазан процесс формирования напряжеSП57/ния Uy , который осуществляется третьим источником 13 линейно растущего| напряжения. Источник 13 включается на время Tj блоком управления (участок IV 5 временной диаграммы). На участках 1 .,, „14 111 временной диаграммы источник 13, так же как и источник 12, устанавллвается в нуль. В момент равенства напряжения в U4 напряжению U,j второй нуль-орган 11 запускает измеритель 9 отношения двух напряжений, который измеряет ногаение и пропорциональное измеряемому сопротивлению R. Отно-15 шение напряжений U и U пропорцио нально измеряемому сопротивлению R. Конденсатор 4 (С,, )в момент начала формирования линейно изменяющегося напряжения начинает разряжаться20 через измеряемое сопротивление с постоянной времени t - от напряжения Up по экспоненте Uj.(t) В то же время линейно изменяющееся напряжение Ujt) -Kt, растет. Пробой нелинейного элемента поступает тогда, когда Uc(t) - Unit) становится большеU, где и„др напряжение пробоя нелинейного элемента. Исходя из этого, определи- 30 ют зависимость между временем Т и измеряемым сопротивлением -г. и, u.t-. к,т, и,,р. (1). °--тч пор-- Отсюда вытекает, чтоjj R г Ill25 s- ( I (1.) и -К Т пор Ii Записывают выражениедпя величины 49 снижения напряжения на образцовом конденсаторе 4 (Coj за время Т, . ,u.u.(i-,-:b--K (3) Записьшают также выражение для на-пряженияU,(.t) и,(Т - . при t « Т , и, и . значит sO -1-- /J . и, . из(1 -е-)(1,) на (1 ) следует, что при t, R.C. «00 (J , к,Т, и,,,, отсюда55 Т ос -УГ2Р1 У (5) 796 из (U также следует, что при t, О .. ,, . и-.-, отсюда о Р ° К и Определяют и, : i/ /т т и i УП«Р и, , во/ - 1 з з ю -. К, Упор-уо ,. /-,4 ОпределяютU из диаграммы е на , « п к ft -Т ) К (Т ) (Я) .. i .зч К Определяют и , исходя из пропорЦииUn -Ue 4U w а (Т -T coHuJp-Ue ) ,, Д- Подставляя в (9) значение на получают ди К, U + Up (10) f Подставляют в (3) значение &U из ..,.,, ,, ,. /. -Т| ч сё отсюда т1/ тII .Ill , . У2еР-.4. I п-) хСо Uo Подставляют в (4) значения Uj и О а (7) и (3) Kj К К, пор -Т2/к I ) (13) тсюда ,.,-w , ,,ь. . и,.,. , „,, Сравнивая 412) и (14) получают - -li. . -Ii. откуда ., Т. t ° Т, г V - rv Т.е. - NT следует, что измеряемое сопротивление пропорционально соот °° « интервалов Т , Т, или отношению напряжений U, , Uj, так как Ц пропорционально Т, а U пропорционально Т, .

.i

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее генератор зарядных импульсов, образцовый конденсатор, нелинейньй элемент, об раэцовый резистор и нуль-орган, причем выход генератора зарядных имт пульсов через образцовый резистор соединен с анодом нелинейного элемента, катод которого соединен с входным зажимом и первой обкладкой образцового конденсатора, вторая рбкладка которого соединена с вторьм входным зажимом, другим выходом генератора зарядных импульсов и общей шиной устройства, в первый и второй входы нуль-органа соединены с первым и вторым выводами образцового резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три источника линейно растущего напряжения, источник экспоненциально растущего напряжения, измеритель отнощения двух напряжений, второй нуль-орган и блок уп-. равления,причем выход первого нульоргана соединен с первым входом блока управления, третий выход генератора зарядных импульсов аоединен с входом установки в О первого источника линейно .растущего напряжения и с вторым входом блока управления, три вьпсода которого соединены с входами трех источников линейно растущего напряжения, четвертый выход блока управления соединен с входом установки в О второго источника линейно растущего напряжения, (Л пятый выход блока управления соединен с входом установки в О источника экспоненциально растущего напряжения и третьего источника линейно растущего напряжения, выход второго источника линейно растущего напряжения и выход источника экспоненциально растущего напряжения Соединены с ел входами второго нуль-органа, выход ч которого соединен с третьим входом блока управления и с входом запуска 4: измерителя отношения двух напряже ний, информационные входы которого СО соединены соответственно с выходами первого и третьего источников линейно растущего напряжения.