Устройство для измерения сопротивления Советский патент 1988 года по МПК G01R27/02 

ю ;о

СП

Изобретение относится к измеритель |ной технике, а именно к цифровым при- борам для измерения сопротивления на постоянном токе,,

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг, 1 представлена блок-схема Устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы основных узлов уст- ройства.

Устройство для измерения сопротив- пения содержит синхронизированный частотой сети 50 Гц генератор 1 тактовых шшульсов, блок 2 управления, ис точник 3 тока, переключатель 4 по- 1лярности, объект 5 измерения (резис- 1тор), источник б напряжения смещения дифференциальный усилитель 1, второй Ьерекдпочатель 8„ повторитель 9 напря«жения, интегратор 10, нуль-орган 11, 1первый селектор 12, первыйм триггер I3j счетчик 14, блок 15 переноса, первый 16 и второй 17 образцовые резисторы, первый переключатель 18, - второй селектор 19, реверсивный счетчик 20, второй триггер 21, цифровой отсч етный блок 22, третий триггер 23, первый-элемент И 24, четвертый триггер 25, второй элемент И 26, пер,вый 27 и второй 28 формирователи им- пуль сов,

- При этом выходы источника 3 тока подключены к входам переключателя 4 полярности, первый выход которого тодключен к входу первого переключи теля 18 и к второму зажиму первого |образцового резистора 16, первый за- Ьким которого связан с общей шиной и с первым зажимом второго образцового резистора 17, второй зажим которого связанс вторым входом первого пере- лслючателя 18, с неинвертирующим вхо- ром дифференциального усилителя 7 и с первым зажимом измеряемого резис- тора 5, второй зажим которого соединен с вторым выходом переключателя 4 полярности и с первым зажимом источника 6 напряжения смещения, второй зажим которого подключен к инвертирую- щему входу дифференциального усилителя 7, выход которого связан с первым входом второго переключателя 8, второй вход которого подключен к ходу первого переключателя 18, а ход соединен с входом повторителя 9 напряжения, выход которого подключен к входу интегратора 10, выход последнего, связан с первым входом нуль-ор

0

Q „

S

5

гана 11, второй вход которого, соединен с общей шиной, а вьпсод связан с входом первого элемента И 24, с входом устанъвки в единичное состояние третьего триггера 23 и с первым входом первого селектора 12, второй вход которого подалючен к выходу синхронизированного с частотой сети генератора 1 тактовых импульсов и к входу блока 2 управления, первый выход которого соединен с входом управления второго переключателя 8, а второй выход связан с первым входом второго элемента И 26 к с третьим входом первого селекторА 12, выход которого подключен к счетному входу первого триггера 13,. единичный выход которого соединен с первым входом второго селектора 19 и со счетным входом счетчика 14, вход установки в нулевое состояние которого связан с выходом второго формирователя 28 и с вхсщом установки в нулевое состояние второго триггера 21„ Информационные выходы счетчика 14 соединены с информационными входами блока 15 переноса, вход управления которого подключен к выходу первого формирователя 27 и к входу второго формирователя 28, а информационные выходы блока 15 переноса связаны с входами параллельной записи числа реверсивного счетчика 20, вычитающий и суммирующий входы которого соединены с выходами второго селектора 19, информационные выходы подключены к входам цифрового отсчетного блока 22, а выход нуля реверсивного счетчика 20 подключен к входу установки в единичное состояние второго триггера 21, единичный выход которого подключен к третьему входу второго селектора 19, второй вход которого связан с единичным выходом третьего триггера 23, с вторым входом первого элемента И 24 и с первым входом второго элемента И 26, вьпсод которого связан с входом первого формирователя 27 и с входом цифрового отсчетного устройства 22, Выход первого элемента И 24 соединен со счетным входом четвертого триггера 25 единичный выход которого подключен к входу управления переключателя 4 полярности и к входу управления первого переклюг чателя 18,

Устройство- работает следующим образом.

Ч

15

При включении устройства счетчик 14, реверсивный счетчик 20 и,триггеры 13, 21, 23, 25 находятся в нулевом состоянии. Элементы И 24 и 26 g закрыты сигналом с единичного выхода триггера 23. Переключатель 18 находится в верхнем положении, а переключатель 4 полярности находится в положении, при котором через резне Ю торы 5, 16, 17 протекает ток +1 При этом на вход дифференциального усилителя 7 с коэффициентом усиления К, поступает напряжение

и.

где U(t) - напряжение помехи на резисторе Нд(5);

Uap- дрейф нуля дифференциального усилителя 7, приве- 20 денный к его входу; Ug т -напряжение источника б

напряжения смещения, зажимы которого не связаны с общей шиной; I - ток источника 3 тока; Rjj - величина сопротивления измерительного резистора 5.

Блок управления на время T( 30 t,) (фиг. 2б) устанавливает переключатель 8 в верхнее положение. Напряжение и, -К IR п (t) интег- рируется в интеграторе 10 с постоянной времени . Напряжение на выхо- 35

25

ч

на время () (фиг.2в) открывается селектор 2 и число импульсов

(4-4),j(lR,.

v)

через триггер 13 поступает на вход счетчика 14. Через второй селектор 19 на вход реверсивного счетчика 20 эти импульсы не поступают,. Taif как селектор 19 закрыт сигналом с выхода триггера 23.

В момент tj срабатывает нуль-орган 11 и переводит триггер 23 в единичное состояние (фиг. 2г). При этом к открытию подготавливаются второй селектор 1,9 и два элемента И 24 и 26. Единичный. Сигнал с выхода нуль-органа 11 проходит через элемент И 24 и переводит в единичное состояние триггер 25. При этом переключатель 4 полярности переходит в противоположное состояние, при котором через измерительньш резистор 5 потечет ток -I, а переключатель 18 перейдет в нижнее состояние, при котором на вход переключателя 8 с выхода ре зистора 16 через переключатель 18 будет пода- ваться напряжение IJ +1К (при равных величинах сопротивлений резисторов 16 и 17). Напряжение (t)+Ujp поступает на вход-дифференциального усилителя 7, усиливается и на время t-j-t через переключатель 8 подается на вход повторителя 9 и с его выхода на вход интегратора 10. Выбором значения U обеспечивается при любых возможных значениях Un(t), Uqp, IF,. в процессе двухтактного преобразования аналогично ложение и напряжение U +1Н„, снима- 45 преобразованию U имеем емое с второго образцового резистора17, через переключатели 18 и 8 пода-ИГ /с i 1

ется на вход повторителя 9(фиг.2е).

Это напряжение противоположно по зна-, 4..«

ку к напряжению U на выходе диффе- ВО р ёнциального усилителя 7.

В момент t начинается разряд напряжения на интеграторе 10 (фиг. 2а) до уровня Up, который равен порогу и., срабатывания нуль-органа II. Отсю- 55 да с учетом (1) имеем при , Т

,,(1к,-и,/и„(tKu.jp) dt4.Я1,.)т-. (t)dt,

де интегратора 10

(фиг. 2а) равно

т 1

к моменту tn

(1)

ииг { -K ClRx+UcM+V

,

где Uflpn- дрейф нуля повторителя 9.

В момент t блок 2 управления переводит переключатель 8 в нижнее по40

f j (а на выходе

селектора.12 получаем число импульсов

N.,-S)iR4:--L4 i.

15

25

45

има- 45 ора

(1)

40

f j (а на выходе

селектора.12 получаем сло импульсов

N.,-S)iR4:--L4 где fg - частота следования импульсов

генератора 1; Т - д.пительнос:ть первого

такта интегрирования, зада- -ваемая блоко 2 управления,

В первом цикле измерения при преобразовании IR и во втором цикле из- MJpeHHH при преобразовании -IR на- п:)яжения помехи U(t.) при постоянном сэпротивлении R измерительного реэи- ciropa 5 будут равными. I Импулье длительностью (иг.2д) проходит через открытый эле- м|ент И 26, переписывая код числа, рав ного нулю, с реверсивного счетчика 2D, и цифровой отсчетньй блок 22. В момент tg на выходе формирователя 27 (1)иг, 2ж). .возникает импульс, кото- рый переписывает код числа из

счетчика 14 в реверсивный счетчик 20, а в момент t (фиг.2з) импульс на выходе формирователя 28 сбрасывает в нуль счетчик 14 и триггер 21.

Таким образом, к моменту t-j. форми- рования числа N импульсов реверсив- дай счетчик 20 находится в состоянии Н,; . Импульсы с момента tj по момент tg проходят через селектор 19 на вход вычитания реверсивного счетчика 20, Поскольку N,,,,, , то к моменту te в реверсивном счетчике 20 зафиксируется код числа

N, г N,-NI fc,%TIRx

Г - Г Г IR:+U™;°

(3)

35

Выбором повторителя 9 напряжения t малым значением Jap.y, и выбора 1Нд ал.у выражение (З) упрощается

(4).

N, NI Т Т R

N,-N.

45

Код числа . в реверсивном счет- чике 20 пропорционален значению измеряемого сопротивления RJ- и не зависит от напряжения.помехи U(t)3 напряжений Uap S Uc J ap.n э значения тока I источника 3. При синхронизации частоты f,: генератора 1 с частотой

jT -ч

помехи, т.е. если обеспечить равенст-- во fj) T A const при любых значениях периода Т напряжения помехи выражение (4) примет вид

;Н. f

гл-« l i.

(5) 55

К моменту t в счетчике 14 будет зафиксирован код числа Ng/Z,, а сигка

5 0

5 О

5

лом с выхода нуль-ор гана 1 1 чер ез элемент И 24 триггер 25 перейдет в исходное состояние. При этом переключатель 18,перейдет в верхнее положение а переключатель 4 полярности возвратится в исходное состояние.

В момент t с выхода блока 2 угфав- ления импульс длительностью t, -t, Т (фиг.2д) поступит на переключатель 8„ Этот импульс проходит через эле- нент И 26 и переписывает из счетчика 20 в цифровой отсчетный блок 22 код числа (5). В-момент. 140 импульс с выхода формирователя 27 записывает из счетчика 5 в реверсивный счетчик 20 код числа а в момент t,, счетчик 14 и триггер 21 сбрасываются в нулевое состояние.

Так как в третьем цикле измерения на выходе дифференциального усилителя 7 имеем напряжение U{. -Ku{lRj-«- +U(,+U (t)+Ugp) 5 на вход триггера 13 с выхода селектора 12 поступит N,, импульсов (2). Так как к моменту t, счетчик 14 находится в нулевом состоянии, а реверсивный счетчик 20 в состоянии и с учетом того, что N(/2, то число импульловг поступающее с,выхода триггера 13 на вход счетчика 14 и с выхода второго селектора 19 на вычитакщий вход реверсивного счетчика 20, в промежутке времени t,... .t;, приведет к переходу в нулевое состояние реверсивного счетчика 20. Импульс с выхода нуля реверсивного счетчика 20 переводи в единичное состояние триггер 21, который сигналом, с единичного выхода управляет работой селектора 19 таким об

N,-K,

разом что остальные - -к- -

, . ((j

импульсы числа поступают на суммирующий вход реверсивного Счетчика 20 и к моменту t. в нем вновь зафикNI-N ,-4 сжруется код числа (5, пропор13,иональный значению измеряемого сопротивления, В дальнейшего, аналогично описанному, этот код записывается в цифровой отсчетный блок 22 по сигналу с выхода элемента И 26. Импульс с выхода формирователя 27 перепишет из счетчика, 14 в реверсивный счетчик 20 код числа N, /2, а импульс с выхода формирователя 28 сбрасывает в ну- левое состояние триггер 21 и счетчик, 14« Дальше работа устройства происходит аналогично описанному.

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивления, содержащее первый переключа- тель, клеммы для подключения измеряемого o6ijeKTa и два образцовых резис тора, причем один из выводов первого образцового резистора соединен с вторым входом первого переключателя, а другой вывод - с общей шиной и первым выводом второго образцового резистора, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения измеряемого объекта и первым входом nep вого переключателя, последовательно соединенные интегратор, нуль-орган, первый селектор, второй вход которо- -го лодключен к выходу генератора тактовых импульсов, сш хронизированного с частотой сети, выход блока управления соединен с третьим входом селектора, а второй вход нуль-органа соединен с общей шиной, источник тока, дифференциальный усилитель, реверсив- ный счетчик, информационные выходы которого подключены к входам цифрового отсчетного блока, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, в него введе- ;ны переключатель полярности источник напряжения смещения, второй переключатель, повторитель напряжения, второй селектор, четьфе триггера, счетчик, блок переноса, два элемен- та И и два формирователя импульсов, при этом выходы источника тока подключены к входам переключателя полярности, первый выход которого соединен с вторым выводом первого образцо- вого резистора, а второй выход соединен с второй клеммой для подключения измеряемого объекта и с первым выходом источника напряжения смещения, второй вькод которого подключен к ин- вертирующему входу дифференциального усилителя, неинвертирукмдий вход которого соединен с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, а выход соединен с первым входом второго переключателя, второй вход которого подключен к выходу первого переключателя, а выход соединен через повторитель напряжения с входом ин- тегратора, выход нуль-органа соединен с входом установки в единичное состояние третьего триггера и с первым входом первого злемента И, вторвй вход которого соединен с единичным выходом третьего триггера, с вторым входом второго селектора и с первым входом второго злемента И, выход первого элемента И соединен со счетным входом четвертого триггера единичный выход которого соединен с входами управления первого переключателя и переключателя полярности, выход первого селектора соединен со счетным входом первого триггера, единичный выход которого подключен к первому входу второго селектора и к счетному входу счетчика, вход сброса в нулевое состояние которого соединен с выходом второго формирователя и с входом установки в нулевое состояние второго триггера, информационные выходы счетчика -подключены к входам блока переноса, вход управления- которого под-. ключен к выходу первого формирователя и к входу второго формирователя, а информационные выходь соединены с входами параллельной записи числа реверсивного счетчика, суммирующий и вычитанлций входы которого соединены с выходами второго селектора, выход нуля счетчика подключен к входу установки в единичное состояние второго триггера, единичный выход которого соединен с третьим входом второго селектора, вход блока управления СОЕДИГ нен с выходом генератора тактовых импульсов и вторым входом первого сеектора, первый выход блока управления соединен с входом управления второго переключателя, второй выход - с вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу первого формирователя и к входу цифрового отсчетного блока.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к цифровым приборам для измерения сопротивления на постоянном токе. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, источник 3 тока, переключатель 4 полярности, объект 5 измерения (резистор), источник 6 напряжения смещения, диф- ференгдиальньй усилитель 7, повторитель 9 напряжения, интегратор 10, нуль-орган 11, селекторы 12, 19, триггеры 13, 21, 23, 25, счетчик 14, блок 15 переноса, образцовые резисторы 16, 17, переключатели 8, 18, реверсивный счетчик 20, цифровой (этсчет- ный блок 22, элементы И 24, 2,6, фор- мирователи 27, 28 импульсов. Устрой-. ство производит измерения в несколько Щ1КЛОВ в импульсном режиме и име- ет повышенную точность измерения. 2 ил. Ш (Л