Устройство для измерения отношения сопротивлений Советский патент 1991 года по МПК G01R27/00 

10

15

20

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения отношений сопротивлений резисторов и датчиков.

Целью изобретения является повышение точности измерения отношения двух сопротивлений путем исключения погрешностей интегратора и генератора.

На фиг.1 показана схема устройства для измерения отношения двух сопротивлений; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - схема фазочувствительного детектора.

Устройство для измерения отношения сопротивлений содержит эталонный 1 и измеряемый 2 резисторы, интегратор 3, первый 4 и второй 5 компараторы, источник 6 постоянного тока, регистр 7, генератор 8, управляемый напряжением, счетчик 9, элемент И 10, 1К-триггер 11, фазочувствитель-25 ный детектор (ФЧД) 12, элемент ИЛЙ-НЕ 13, выходы 14 и 15, пороговый элемент 16.

Эталонный 1 и измеряемый 2 резисторы соединены последовательно, один вывод эталонного резистора 1 соединен с общей шиной устройства. Точка соединения резисторов соединена с входом интегратора 3 и с одним из входов первого компаратора 4, с вторым входом которого и с первым входом второго компаратора 5 соединен выход интегратора 3. С вторым входом второго компаратора 5 соединен выход источника постоянного тока 6, соединенный с выводом измеряемого резистора 2, параллельно с которым соединен пороговый элемент 16.

Выходы первого 4 и второго 5 компараторов соединены соответственно с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 13 и с I-входом триггера 11, К-вход которого соединен с общей шиной устройст- ва, С-выход которого и вход счетчика 9 соединены с выходом генератора 8. Выход триггера 11 соединен с входом установки в нулевое состояние интегратора 3, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 13, входом разрешения переноса в регистр 7 и синхронизирующим выходом 15 устройства. Выходы регистра 7 являются информационными выходами 14 устройства. Выходы счетчика 9 соединены с информа30

35

40

45

50

55

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ционными входами регистра 7. Выходы двух старших разрядов счетчика 9 через элемент И 10 соединены с R-вхо- дом триггера 11 и первым входом ФЧД 12, второй .вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 13.

Генератор 8, управляемый напряжением, представляет собой преобразователь напряжения в частоту. ЧД 12 (фиг.З) содержит два инвертора 17 и 18, два элемента И 19 и 20, два ключа 21 и 22, резистор 23 и конденсатор 24. Первый и второй входы ФЧД являются входами инверторов 17 и 18 и первыми входами элементов И 19 и 20 соответственно. Выходы инверторов 17 и 18 соединены с вторыми входами элементов И 20 и 19 соответственно. Выходы элементов И 19 и 20 соединены с управляющими входами ключей соответственно 21 и 22. Через ключ 21 источник питания соединен с выходом детектора 12. Через ключ 22 выход детектора 12 соединен с общей шиной устройства. Кроме того, выход детектора 12 соединен с общей шиной устрой. тва через резистор 23 и конденсатор 24, на котором запоминается напряжение, управляющее генератором Ч.

Устройство работает следующим образом.

На входы ФЧД 12 поступают импульсы положительной полярности. На первый вход детектора 12 поступает единичный уровень напряжения с выхода элемента И 10, тогда когда старшие разряды счетчика 9, подключенные к входам элемента И 10, находятся в единичном состоянии. На второй вход детектора 12 поступает единичный уровень напряжений в течение возрастания напряжения ингтегратора 3 от нуля и до уровня срабатывания первого компаратора 4. В связи с установкой- триггера 11 в нулевое состояние импульсом с выхода элемента И 10 единицы на первом и втором входах ЧД появляются одновременна, а переход к нулевому уровню может происходить в разное время. При этом может случиться так, что на первом входе детектора 12 единица прекратится раньше, чем на втором. Тогда открывается ключ 22 и на выход детектора поступает нулевое напряжение до прекращения единицы на втором входе детектора . Конденсатор 24 во время наличия нулевого напряжения на выходе детектора разряжается через резистор 23 и ключ 22.

Если единица исчезает вначале на втором входе, то открывается ключ 21, на выходе детектора появляется 1 и конденсатор 24 заряжается через резистор 23 и ключ 21. Интегратор 3 собран на операционном усилителе по неинвертирующей схеме. Параллельно интегрирующему конденсатору включен разрядный ключ, управляющий вход которого является входом установки интегратора в нулевое состояние.

Пороговый элемент 16 представляет собой либо опорный диод (стабилитрон) , либо какой-то иной элемент, который имеет динамическое сопротивление, равное бесконечности при напряжении, меньшем, чем напряжение срабатывания этого порогового элемента, и близкое к нулю при напряжении, равном напряжению срабатывания.

U ii s -«s

1

RC

-&-

т., (О

30

35

40

Работа устройства для измерения отношения сопротивлений может быть пояснена временными диаграммами работы (фиг.2). На фиг.2 приведены: а - эпюра напряжения на выходе интегратора, б - эпюра напряжения на выходе элемента И, в - эпюра напряжения на вы- ходе первого компаратора, г - эпюра напряжения на выходе элемента ИЛИ-НЕ, е - код на выходе счетчика. Счетчик 9 непрерывно подсчитывает импульсы генератора 8. В момент появления единиц на выходах старших разрядов счетчика 9 на выходе -элемента И 10 появляется единица, которая поступает на первый вход ЛЧД Т2. Кроме того, эта единица устанавливает в нуль триггер 11, в результате чего сброс интегратора прекращается и начинает его прямой ход, т.е. линейный рост напряжения на выходе интегратора от нулевого значения со скоростью, пропорциональной падению напряжения на эталонном резисторе 1. В результа- 0 те установки триггера 11 в нуль на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 появляется единица, которая поступает на второй вход ФЧД 12.

Напряжение на выходе интегратора 3 линейно растет со временем t

45

55

25

где и„ - напряжения на ре

зисторе 1;

RC - постоянная времени интегратора 3; t - время, прошедшее с момента

С0; т t - t0 .

Когда Т становится равным г.напряжение на выходе интегратора достигает уровня U,

U

«1

т

иэт

RC

(с,

эт

(2)

срабатывает компаратор 4, и на втором входе ФЧД 12 единица переходит в нуль, так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 13 появляемся единица. Если к этому моменту нуль на выходе

элемента И 10 еще не появился, то на выходе детектора 12 появляется единица, которая сохраняется до появления единицы на выходе элемента И 10. Это приводит к увеличению частоты генератора 8 на время присутствия единицы на выходе детектора 12, а в остальное время к некоторому увеличению напряжения на выходе детектора 12 в результате заря- да конденсатора 24, что вызывает небольшое увеличение частоты генератора 8 до следующего появления нуля или единицы на выходе детектора 12. Если к моменту очередного появления единицы на выходе компаратора 4 нуль уже присутствует на выходе элемента И 10, то после появления этого нуля на выходе детектора 12 появляется нуль, что приводит к уменыпе- нию частоты генератора 8 на время наличия этого нуля, и к некоторому уменьшению напряжения на выходе детектора 12 в остальное время, Это вызывает некоторое уменьшение частоты генератора 8 до следующего срабатывания компаратора 4 и появления единицы или нуля на выходе детектора 12, что происходит при различных уровнях сигнала на выходах детектора 12.

Таким образом, в установившемся режиме частота генератора 8, управляемого напряжением, на выходе ФЧД такая, что срабатывание компаратора 4 происходит одновременно с появлением нулей на выходах элемента И 10.

После момента ц .напряжение на выходе интегратора продолжает расти с прежней скоростью и к моменту

срабатывания компаратора 5 достигает величины

1Ът

RC

Ч - со) и,т+ Ux- (3)

Срабатывание компаратора 5 вызывает появление единицы на I-зходе триггера 11, в результате чего ближайший импульс генератору 8 устанавливает триггер 11 в единичное состояние, что приводит к появлению положительного перепада на выходе 15 устройства и к переносу в регистр 7 состояния разрядов счетчика 9.

Благодаря указанной работе системы автоподстройки частоты генератора 8, которая обеспечивает установку счетчика 9 в О в момент срабатывания компаратора 4 (момент t, ), вы- полняется условие

(4)

N3T

f

где f - частота генератора; N т - число импульсов, которое

поступает в счетчик 9 за

время t - te . Это число постоянное и для счетчика

9 составляет N91 r , где Nn - полная емкость счетчика 9.

К моменту срабатывания компаратора 5(гг) в счетчик 9 попадает число PL импульсов, так как в момент t счетчик 9 переполнился и можно записать

N

- ™ f . Ч f

(5)

эт

Из условий (4) и (5) следует

и шЈиг-Е1-..(6)

t ( - t0

Учитывая, что t - t0 RC, что следует из (2), a t- - t --, что

следует из (3), можно записать %RC

,,.f- -...,(п

Так как ближайшим импульсом генератор 8 после срабатывания второго компаратора триггер 11 устанавливается в единицу, то число Nx из счетчика 9 переносится в регистр 7 и поступает . на выход 14 устройства.

После установки триггера 14 в единицу в интеграторе 3 включается

ключ, разряжающий его конденсатор до нуля (момент t) на временной диаграмме.

В момент появления единицы на выходе элемента И 10 триггер 11 вновь устанавливается в нуль, и весь процесс измерения отношения сопротивлений повторяется.

Из формулы (7) путем подстановки

Ux IRXS U3T БЦд., где I - ток источника 6, получим

0

5

0

45

„

Nx (К„/КЭ)« N

эт

т.е. Nx ье зависит от постоянной времени интегратора и частоты генератора 8.

При отсутствии Ry. пороговый элемент 16 обеспечивает прохождение тока по образцовому резистору 1(R9T), и система регулирования частоты генератора 8 продолжает функционировать, поэтому при установке в устройство нового измеряемого сопротивления Rx нужен переходной процесс установления частоты генератора 8. Если сопротивления RX, К.Д. являются сопротивлениями датчика, отьощение которых является информационным параметром, и сопротивление RX не может принимать значений, близких к бесконечности, то пороговый элемент 16 может отсутствовать.

Таким образом, устройство не имеет погрешности ни от изменения емкости интегратора, ни от изменения частоты генератора и, следовательно, обладает большей точностью.

Формула изобретения

Устройство для измерения отношения сопротивлений, содержащее измеряемый и эталонный резисторы, интегратор, генератор, источник постоянного тока, счетчик, два компаратора, причем вывод измеряемого резистора соединен с первым выходом источника постоянного тока и с входом второго компаратора, второй вывод измеряемого резистора соединен с выводом эталонного резистора, с входом первого компаратора и с входом интегратора, выход которого соединен с вторыми входами компараторов, второй выход источника постоянного тока соединен с вторым вводом эталонного резистора и с общей шиной, а выход генератора соединен со счетным

входом счетчика, отличайте е ся тем, что, с целью повышения точности, в него введены регистр, ж- триггер, фазочувствительный детектор элемент И, элемент ИЛИ-НЕ и пороговый элемент, причем выходы счетчика соединены с информационными входами регистра, выход IK-григгера соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ, с входом установки интегратора в начальное состояние, с выходом синхронизации, с входом переноса в регистр,выходы которого, а также выход синхронизации являются выходами устройства, выход элемента И соединен с R-вхо0

дом IK-триггера и с входом фачочувст- вительного детектора, с вторым входом которого соединен выход элемента ИЛИ-НЕ, выход фазочувствительного детектора соединен с входом генератора, выход которого соединен с ОБХОДОМ 1К триггера, К-вход которого соеди- нен с общей шиной, а I-вход соеди- нен с выходом второго компаратора, , с входами элемента И соединены выходы старших разрядов счетчика, второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого компаратора, причем выводы порогового элемента соединены с рыводами измеряемого резистора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сопротивлений. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается путем исключения влияния погрешностей интегратора и генератора. Выход измеряемого резистора 2 соединен с первым выходом источника 6, с входом1 компаратора 5, с выводом порогового элемента 16. Второй вывод измеряемого резистора соединен с выводом эта- (лонного резистора 1, вторым выводом порогового элемента 16, с входом ком(паратора 4, с входом интегратора 3, выход которого соединен с вторыми входами компараторов 5 и 4. Выходы последних сое ччены соответственно с 1-входом триггера 11 и с входом элемента ИЛИ-НЕ 13, второй вход которого соединен с вторым входом интегратора 3, выходом триггера 11, выходом 15 синхронизации устройства и с входом переноса регистра 7, выходы 14 которого являются также выходами устройства. Выход элемента ИЛИ-НЕ 13 соединен с входом фазочувствительно- го детектора 12, второй нход которо- го соединен с Я входбм триггера 11 и с выходом элемента И 10, а выход соединен с входом генератора 8, выход которого соединен с входом счетч:-:ка 9 и с С-входом триггера 11« Выходы счетчика 9 соединены с информационными входами регистра 7, а выходы двух старших разрядов соединены с входами, элемента И 10, причем К-вход триггера 11, второй выход источника 6 и второй вывод эталонного реяисто- ра 1 соединены с общей шиной устройства. 3 ил. & 3 Ј Ј71 а

Фт.1

Г

U-rrOd

4Jnum

12

/У

It

I