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

Изобретение относится к измеритель ной технике и предназначено для контроп и измерения активных сопротивлений в автоматизированных системах контроля.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повь,- шение быстродействия.

На фиг. 1 приведена Функциональная схема устройства для контроля и и меое- ния сопротивлений, на фиг. 2 - вариат пополнения регулируемого источника опорного напряжения.

Устройство для контроля и измерение сопротивлений содержит реверсивг ыи. счетчик 1 с выходной шиной 2 и и г(;е ьим входом предварительной записи числа bx(f) , представляющею собой код допускаемого значения контролируемого сопротивления игн1 код уставки, третий зход г версмв- ною счетчика 1 является третьим вхсдом устройства. Счетчик 1 имеет четвер ый вход, вход С - третий вход устройства предназначенный для управления записью числа Nxf) Первый и второй счетные входы ч и - счетчика 1, соответствующие прямому и обратному счету, соединены с выходами ключей 3 и А Первые входы ключей 3 и 4 соединены с пеовым входом устройства Вторые входы ключей 3 и 4 соединены соответственно с выходом первою компаратора 5 и выходом инвертора 6. Выход компаратора 5 является также вторым выходом устройства для контроля и измерения сопротивлений, первый и второй входы компаратора 5 соединены соответственно с выходами усилителей 7 и 8. Выход счетчика 1 соединен с первым выходом устройства для контроля и измерения сопротивлений и первым (цифровым) входом ЦАП 9. Вход усилителя 8 соединен с выходом ЦАП 10, первый вход которого соединен с вторым входом устройства Выходы ЦАП 9. 10 соединены с вторым и первым входами сумматора 11. выход которого соединен с первым

входом компаратора 12, второй вход которого подключен к второму вывода делителя 13, выход компаратора 12 соединен с входом регулируемого источника 14 опорного

нзпояжения. Источник 14 может быть вы- полнеь в виде интегратора 15, либо (фиг. 2) п виде ЦАП 16, выход которого является «входом источника 14. э вход подключен к входу реверсивного счетчика 17, входы

прямого и обратного счета которого соединены соответственно с выходами ключей 18 и 19 гервые входы которых соединены с истсиьика импульсного сигнала, а ьторыс входы которых подключены соответстг.енно, к оходу и выходу инвертора 20. Вход ьнпертора 20 является управляющим источника 14 Выход источника 14 соединен с вторыми входами (подзчи опорного напряжения) ЦАП 9 и 10.

И :то1ник питания (U) измерительной

цепч одним полюсом соединен с общей шиной, другим (плюсовым)- с первым выводом делител 13 и первой клеммой для подключения проверяемого сопротивления 21 (Rx),

представляющей собой вход усилителя 7, ртграя клемма для подключения которого сиединЫ(Э с первым выводом ограничительного резистора 22 (R0), второй вывод резистора 22 соединен с входом оперэционного усилителя 23 и общей точкой двух последовательно соединенных ограничительных диодов 24 и 25. Катод диода 25 соединен с положительной шиной источника питания (Uni) операционного усилителя

Ь 23, РНОД Г4иода 24 соединен с отрицательной шикс источника питания (Un2) операционного /силителя 23. Резистор 26 (Ro) в цепи обра той связи операционного усилителя 23 имеут сопротизпение, равное сопротив0 леьию ограничительного резистора 22. Третий ЙЫВОА делителя 13 соединен с общей шиной. Депитеть 13содержит резисторы RtnRa.

Устройство для контроля и измерения сопротивлений работает следующим обра5 зом.

В режиме контроля на первый вход (вход 1) устройства подают низкий уровень напряжения, который закрывает ключи 3 и 4. На второй вход (вход 2) устройства подают код No. соответствующий сопротизле- нию Ro резистора 22 в цепи обратной связи операционного усилителя 23.

Так как резистор Ro можег иметь постоянное значение для большого диапазона контролируемых сопротивлений R. то и N0 - постоянное число. При этом разряды первого входа ЦАП 10. соответствующие О в КСДР No. подключают к общей шине, разряды, соответствующие 1, к уровню 1. На выходе ЦАП 10 появляется напряжение U0

выходе компаратора 12 напряжение UK станет положительным, поэтому на выходе интегратора 15 напряжение U0n начнет уменьшаться по линейному закону. Следо- вательно, будет уменьшаться - это следует из (3) - напряжение Uz до тех пор, пока напряжения Ux не выравняются. Поэтому иэ Uz. из (3) и (4) слрдует:

10

U

R2 и No -I- Nxd (. RTTR2 э

15

НЯЙДУ; -з (if) и подставив его в (1), получим

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и измерения сопротивлений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия. Низкий уровень напряжения в режиме контроля сопротивлений закрывает ключи 3 и 4. На выходе цифроаналогового преобразователя 10 появляется напряжение, пропорциональное напряжению, поступающему с выхода регулируемого источника 14 опорного напряжения. На реверсивном счетчике 1

Do

Nc

Uc

О)

где m - число разрядов ЦАП;

Don - напряжение, поступающее на второй (подачи опорного напряжения) вход (вход И) ЦАП 10 с выхода источника 14.

На третьем входе (входе 3) счетчика 1 выставляют код допускаемого значения контролируемого сопротивления Rx. После этого на четвертый вход (вход 4) устройства (второй вход С счетчика 1) подают импульс записи На выходе счетчика 1 устанавливается код Nx, который воздействует на вход ЦАП 9.

На выходе ЦАП 9 устанавливается напряжение Ux3.

п Nx(3.i

UxaU on

от

(2)

На выходе сумматора 11 имеется напряжение U,

Uc

UE U0 + Uv3 - (No f Nxd ). (3)

r ГП

Напряжение Us поступает на первый вход компаратора 12, на второй вход компаратора 12 поступает напряжение с второго вывода делителя 13

U Л U -

R2

Rl + R2

(4)

На входах компаратора 12 с высокой точностью поддерживается равенство напряжений иди Uj. с помощью отрицательной обратной связи через источник 14, ЦАП 9 и 10 и сумматор 11.

Так, если по какой-либо причине уменьшится Us , а следовательно, и ид . то на

I - I (С

Uo и ™-- . (о;

2 Напряжение Ux на выходе операциогного усилителя 23 определяется по формупэ

Ux и ..-

RC +RX

00

На выходе усилителя 8 имеется напряжение Ос .

. (8)

Если принять во внимание, что код N0 с высокой точностью отображает R0, то о случае R/ -- NX нэ входе кооператора 5. з значит и на втором выходе устройства напряжение равно 0, при

Rx NX3. Uebixi 0, при Rx Nx3, ивых2 0. (9)

Из анализа (7) и (9) следует, что погрешность контроля не зависит от изменения напряжения питания измерительной схемы, прибор позволяет задавать допускаемые значения контролируемого сопротивления непосредственно в кодах сопротивления, п измерительной цепи предлагаемого прибора весь полезный ток, т.е. ток, несущий информацию о контролируемой величине, используется для дальнейшего усиления.

Введение ограничительного резистора 22 (Ro) совместно с диодами 24, 25 позволяет защитить входную цепь операционного усилителя 23 в случае, когда используют большое U, а из-за дефекта Rx 0, но выбор

одинаковых значений 22 (R0) в ограничительной цепи и в цепи обратной связи позволяет получить такую передаточную функцию, при которой возможно задавать уставку в единицах контролируемой величины, т.е. /ншейную зависимость уставки от контролируемой величины.

Рассмотрим работу устройства для контроля и измерения сопротивления в режиме измерения. Для этого режима первый вход (вход 1) устройства подключают к шине источника импульсов, следующих непрерывно.

Второй вход (вход 2) устройства подключен, как и в режиме контроля, третьи и четвертые входы (входы 3 и 4 устройства) не используют, На первом выходе (выходе 1) устройства снимают код Nx измеряемого сопротивления (Rx).

В режиме измерения устройство для контроля и измерения сопротивлений работает как двухконтурная следящая система. Уравновешивание перзого контура происходит на компараторе 12 так же, как и в режиме контроля.

Уравновешивание второго контура происходит на компараторе 5 за счет изменения содержимого счетчика 1. Если в какой-то момент Ux Uc. то на выходе компаратора 5 будет 1, на выходе инвертора 6 О. Ключ 4 закрыт, ключ 3 открыт, импульсы проходят на второй вход (+) (прямого) счета, содержимое счетчика 1 увеличивается. Возрастает напряжение Uxd на выходе ЦАП 9, растет иг , UK2 - напряжение на выходе компаратора 12 становится положительным. Напряжение Don на выходе источника 14 уменьшается, уменьшается Uo на выводе ЦАП 10, возрастает Uc на выходе усилителя 8, устройство для контроля и измерения сопротивлений приближается к равновесию, когда Ux Uc.

Если же в какой-то момент окажется Ux Uc, то ключ 3 закроется сигналом О с выхода компаратора 5, откроется ключ 4, счетчик 1 считает в обратном направлении, ихз и Uj уменьшаются, UKZ становится отрицательным, Uon возрастает, возрастает Uo, уменьшается Uc. Устройство для контроля и измерения сопротивления приближается к равновесию.

Уравновешивание обоих контуров происходит параллельно во времени.

Покажем, что существует состояние равновесия для устройства контроля и измерения сопротивлений и для подключенного в измерительную цепь некоторого постоянного RX. При этом RX N.

Оба контура за счет отрицательной обратной связи приходят в состояние равновесия, когда

Ux-Uc, иЈ иэ. (ю)

(7) и (8) справедливы и для режима измерения.

Для режима измерения в формулы (2), (3), (5), (6), (9) вместо Ndx, которое было неизменным на выходе счетчика 1 и на входе ЦАП 9, следует подставить текущее содер- жимое счетчика 1.

В момент, когда Ux Uc, с учетом (7) и (9) имеем

U

Re

Ro +R,

U

Nc

No + NX

р

откуда Rx Nx - .

N°

Если Ro N0, то Rx NX. Таким образом, я режиме измерения после уравновешивания на выходе 1 устройства для контроля и измерения сопротивлений имеем код Nx, отображающий измеряемое сопротивление Rx.

Работа устройства для контроля и измерения сопротивления описана для случая, когда источник 14 опорного напряжения выполнен в виде интегратора 15. В случае выполнения источника на основе ЦАП (фиг. 2) работа протекает следующим образом. Сигнал ик2 с выхода компаратора 12 имеет низкий уровень О или высокий 1. Вторые входы ключей 18 и 19 всегда подключены к

шине источника импульсов. На первые зхо

ды ключей 1S и 19 всегда приходят взаимно обратные сигналы, поэтому один ключ пропускает импульсы, а другой выдает постоянный уровень 1.

Если Uz Ud, то Uic2 1, и импульсы

через ключ 18 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 17, с выхода которого сигнал идет на вход ЦАП 16, с выхода последнего сигнал Uon поступает на выход источника 14 опорного напряжения, причем Uon возрастает, как и в случае использования интегратора.

Если UЈ иэ , то Uic2 О, открыт ключ 19, идет обратный счет, U0n уменьшается.

Коэффициенты передачи делителя 13 и операционного усилителя 23 выбираются таким образом, что их произведение равно единице.

Совмещение в одном устройстве функций контроля и измерения позволяет расширить функциональные возможности и повысить быстродействие, так как будет достигнут выигрыш во времени в сравнении с известными устройствами, в которых измеряют проверяемые сопротивления, и затем по результатам измерения принимают решение в норме или не в норме.

Формула изобретения Устройство для контроля и измерения сопротивлений, содержащее последовательно соединенные реверсивной счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, первый компаратор, первый усилитель, первый и второй ключи, выходы первого vi второго ключей соединены соответственно с первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия, в него введены последовательно соединен- ные второй цифроаналоговый преобразователь и второй усилитель, последовательно соединенные сумматор, второй компаратор и регулируемый источник опорного напряжения, инвертор и делитель, первый вывод которого соединен с плюсовой шиной источника питания и с первой клеммой для подключения объекта контроля, вторая клемма для подключения которого соединена с входом первого усилитетя, выход кото-

рого через первый компаратор соединен с входом инвертора, второй вход пероого компаратора подключен к заходу второго усилителя, первый вход устройства соединен с первыми входами переого и второго ключей, второй вход первого ключа соединен с выходом инвертора, а второй вход второго ключа соединен с выходом первого компаратора и выходом устройства, второй вход устройства ПО КПЮЧРН к первому входу второго L ифпо: н9логового преобразователя, третий и четвертый входы устройства подключены к третьему и четвертому входам соответственно реверсивного счетчика, выход регулируемого источника опорного напряжения соединен с вторыми входами первого и второго цифрознзлого- вых преобразователем выход второго циф- роаналогового преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выводом первого цифро- аналогового преобразователя, второй вход второго компэратога подключен к второму выводу делителя, i ретий ВЫРОД которого соединен с общей шиной.

иг. 2