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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения высокоомных сопротивлений.

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения сопротивлений; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Усторойство для измерения сопротивлений содержит измеряемое сопротивление (резистор) 1, четвертый резистор 2 (форсирования переходного процесса), об- разцовое сопротивление (резистор) 3, датчик 4 напряжения, третий, второй и первый резисторы 5-7, образующие делитель для получения измерительного и опорного напряжений, дифференциальный усилитель 8, интегратор 9, содержащий дифференциальный усилитель 10, резистор 11 и конденсатор 12, компаратор 13, ключ 14, источник 15 питания, клеммы 16 и 17 для подключения измеряемого сопротивления, вход 18 управ- ления. Устройство для измерения сопротив- лений содержит также ключ 19, переключатель 20 с контактными группами 21-23, вход 24 управления переключателем 20. Первый вывод источника 15 питания че- рез последовательно соединенные резисторы 7 и 6 соединен с первым выводом резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход дифференциального усилителя 8 через последовательно соединенные датчик 4 напряжения, образцовый резистор 3 и измеряемое сопротивление 1 соединен с общей шиной. Первый вывод измеряемого сопротивления 1 соединен с клеммой 16, второй вывод с клеммой 17. Выход дифференциального усилителя 8 соединен также с вторым входом переключателя 20 и вторым выводом резистора 2 форсирования переходного процесса, первый вывод которого через размыкающие контакты ключа 19 соединен с вторым выводом датчика 4, третьим входом переключателя 20 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 8, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистора б, первый вывод которого соединен с первым входом переключателя 20, четвертый вход которого соединен с общей шиной,

Первый и второй выходы ключа 14 сое- динены соответственно с первым и вторым входами интегратора 9, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами переключателя 20, первый выход которого соединен с

вторым входом компаратора 13, первый вход которого соединен с выходом интегратора 9. Управляющий вход ключа 19 соединен с управляющим входом ключа 14 и входом 18 управления. Второй вход компаратора 13 соединен с подвижным контактом контактной группы 21 переключателя 20, размыкающий контакт группы 22 соединен с первым выводом резистора 6, замыкающий контакт группы 21 соединен с общей шиной, третий вход интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10 и с подвижным контактом контактной группы 22 переключателя 20, размыкающий контакт группы 22 соединен с замыкающим контактом 23 и первым выводом датчика 4 напряжеия, замыкающий контакт группы 22 соединен с размыкающим контактом группы 23 и вторым выводом датчика 4 напряжения, подвижный контакт группы 23 соединен с четвертым входом интегратора 9, который через резистор 11 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10, первым выводом конденсатора 12 интегратора 9 и первым входом интегратора 9, второй вывод конденсатора 12 интегратора 9 соединен с вторым входом интегратора 9 и с выходом дифференциального усилителя 10, являющимся выходом интегратора 9. Второй вывод источника 15 питания соединен с общей шиной.

Устройство для измерения сопротивлений работает следующим образом.

Измерение низкоомных сопротивлений производится при установке переключателя 20 в исходное положение, при этом через размыкающий контакт группы 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение U0n, через размыкающий контакт группы 22 третий вход интегратора 9 подключается к второму выводу датчика 4, а через размыкающий контакт группы 23 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу дат- чика 4. Сопротивление датчика 4 зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19. Ключ 14 находится в замкнутом состоянии, коэффициент передачи интегратора 9 равен единице и на его выходе устанавливается напряжение, равное сумме напряжений измерительного Uo (падения напряжения на резисторе 5) и напряжения Уд, которое падает на датчике 4 напряжения, шунтированном резистором 2.

Измеряемый резистор 1 (Rx) подключается к клеммам 16 и 17 устройства.

Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 обеспечивает равенство напряжений на его входах, при этом по измерительной цепи (через резистор Rx) протекает ток

I - U°t

Rx+2r + Ro u;

где Uo - измерительное напряжение;

RX - сопротивление измеряемого резистора 1;

г - сопротивление подводящих проводов;

RO - сопротивление образцового резистора 3.

В момент ti (фиг. 2) на вход 18 управления поступает команда начала измерения, по которой ключи 14 и 19 размыкаются.

Размыкание ключа 19 отключает резистор 2 от датчика 4 напряжения, в результате чего сопротивление цепи между выводами датчика 4 напряжения возрастает до величины Рд. Для поддержания измери- тельного тока х на прежнем уровне выходное напряжение дифференциального усилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения ид на датчике 4 напряжения. Одновременно начинается процесс интегрирования падения напряжения на датчике 4 напряжения, которое пропорционально току 1Х. Напряжение на выходе интегратора 9 начинает линейно увеличиваться от своего исходного значения. Компаратор 13 осуществляет равнение выходного напряжения интегратора 9 и напряжения Uon и в момент t2 их равенства изменяет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства.

Время tx от момента п до момента t2 определяется формулой

. { Лп V .О

ЦГ Р (2

U °

где Rg Сур1 - 1 ) (2г + RO) - сопротивление датчика 4 напряжения;

Тинт постоянная времени интегратора9;

itл

Кпр (ТГ О В гинп - Const .

Измеряя время tx с учетом коэффициента пропорциональности КПр, получаем значение величины RX.

При исходное напряжение на вы- ходе интегратора 9 в момент ti сразу становится равным напряжению Uon, поэтому компаратор 13 сразу изменяет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства, при этом длительность tx равна нулю.

Измерение высокоомных сопротивлений, в частности сопротивления изоляции электромонтажа сложных объектов контроля с распределенной емкостью монтажа, происходит следующим образом.

Переключатель 20 устанавливается в состояние противоположное исходному, при этом второй вход компаратора 13 отключается от источника 15 питания и через замыкающий контакт группы 21 подключаетсяч к общей шине, третий вход интегратора 9 посредством группы 22 переключателя 20 переключается с первого вывода датчика 4 напряжения на второй, а четвертый вход интегратора 9 посредством группы 23 переключателя с второго вывода датчика 4 напряжения на первый. Сопротивление датчика 4 напряжения зашунтировано низ- коомным резистором 2 через ключ 19. В этом состоянии при подаче напряжения питания дифференциальный усилительЗ вырабатывает выходное напряжение, при котором на его входах обеспечиваются равные напряжения величиной U0. Падения напряжения на резисторе 3 и датчике 4 напряжения практически равны нулю, так как сопротивление 1 (Rx) к клеммам 16 и 17 еще не подключено и измерительный ток равен нулю. Ключ 14 также замкнут, коэффициент передачи усилителя 10 равен единице, на выходе интегратора 9 и первом входе компаратора 13 устанавливается напряжение величиной Uo. На выходе компаратора 13 и выходе устройства поддерживается высокий уровень напряжения икомп (см. фиг. 2). В момент to к клеммам 16 и 17 устройства подключается измеряемое сопротивление 1 (Rx) с емкостью монтажа (См). Через низко- омные резисторы 2 и 3 происходит форсированный заряд емкости См (см. фиг. 2), по окончании которого на входах дифференциального усилителя 8 вновь устанавливаются одинаковые напряжения величиной Uo. Ток в измерительной цепи определяется формулой

I - °П

)

где RO - сопротивление низкоомного реэи- CTdpa 3;

Rx - высокоомное измеряемое сопротивление 1.

Таким образом и формула (3) принимает вид

Xо

Кх

(4)

При измеряемом сопротивлении 1 величина напряжения Ux практически равна Uo.

В момент ti на управляющий вход 18 поступает команда (см. фиг. 2) начала измерения, по которой ключи -14 и 19 размыкаются.

Размыкание ключа 19 отключает резистор 2, сопротивление между выходом дифференциального усилителя 8 и клеммой 16 устройства (сопротивлением R0 резистора 3 пренебрегаем) возрастает до величины Нд датчика 4 напряжения. Для поддержания измерительного тока и напряжения Ux на прежнем уровне выходное напряжение дифференциального усилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения Уд на датчике 4 напряжения (см. фиг. 2), причем величина напряжения равна

Rx

(5)

Одновременно начинается интегрирование напряжения Ug интегратором 9, напряжение UHHT на его выходе начинает линейно уменьшаться (см. фиг. 2). В момент ta напряжение UHHT интегратора 9 становится равным нулю и компаратор 13 изменяет

СВОЙ ВЫХОДНОЙ СИГНал UKOMH С ВЫСОКОГО

уровня на низкий. Время tx интегрирования определяется из равенства

UMHT.(V

X J

(6)

UMHT. - начальное напряжение на де интегратора 9;

т- постоянная интегрирования.

Из формулы (6) можно записать

UHHT.О д

t

u,

С учетом формулы (5) получим

3

1ЛУ

ИНТ

(7)

R,

/d i

сиит р

и«тК;

(8)

(9)

где k

1 Щ

Гинт- коэффициент пропорциональности.

Измеряя tx известными способами с учетом коэффициента пропорциональности, получаем величину Ях. Из формулы (8) видно, что результат измерения не зависит от изменений величины напряжения Do, что позволяет использовать источник измерительного напряжения с кратковременной (в пределах времени интегрирования) стабильностью. Диапазон измерения RX в широких пределах может выбираться путем изменения сопротивления Рд датчика 4 напряжения.

Скорость заряда емкости монтажа определяется нагрузочной способностью дифференциального усилителя 8 и сопротивлением резисторов 2 и 3, величина которых может быть достаточно мала, причем скорость заряда не зависит от диапазона измерения Rx.

Введение переключателя 20 позволяет перестраивать устройство для измерения сопротивлений на соответствующий режим работы, обеспечивая универсальность.

Таким образом, повышается быстродействие за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии. Скорость протекания переходного процесса в измерительной линии не зависит от

диапазона измерения.

Формула изобретения Устройство для измерения сопротивлений, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый резистор

и второй резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, первый ключ, последовательно соединенные интегратор и компаратор,

последовательно соединенные дифференциальный усилитель, датчик напряжения и образцовое сопротивление, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения измеряемого сопротивления,

вторая клемма для подключения которого соединена с общей шиной, первый и второй выходы первого ключа соединены с первым и вторым входами интегратора, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первым выводом третьего резистора, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с вторым выводом датчика напряжения, второй вывод источника питания соединен с общей шиной, отличающееся тем. что, с целью повышения быстродействия, в него введены переключатель и последовательно соединенные четвертый резистор и второй ключ, второй вывод четвертого резистора соединен с выходом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа и первой шиной управления, второй вывод первого резистора соединен с первым входом переключателя, первый и второй выводы датчика напряжения соединены с вторым и третьим входами переключателя, четвертый вход которого соединен с общей шиной, первый выход переключателя соединен с вторым входом компаратора, третий вход интегратора соединен с вторым выходом переключателя, третий выход которого соединен с четвертым входом интегратора, управляющий вход переключателя соединен с второй шиной управления, выход компаратора является выходом устройства.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения высокоомных сопротивлений. Цель изобретения - повышение быстродействия, достигаемое за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии. При установке переключателя 20 в исходное положение через нормально замкнутый контакт 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение, поступающее с источника 15 питания через делитель напряжения, образованного резисторами 5-7. Через нормально замкнутый контакт 22 переключателя 20 третий вход интегратора 9, образованный дифференциальным усилителем 10,резистором 11 и конденсатором 12, подключается к второму выводу датчика 4 напряжения, а через нормально замкнутый контакт 23 переключателя 20 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4 напряжения, сопротивление которого за- шунтировано низкоомным резистором 2 форсирования переходного процесса через ключ 19. Ключ 14 находится в замкнутом состоянии. Измеряемый резистор 1 подключается к клеммам 16 и 17. По команде начала измерения, поступающего на вход 18 управления, ключи 14 и 19 размыкаются. После окончания форсированного заряда монтажной емкости, осуществляющегося через резистор 2 и образцовое сопротивление 3, на входах дифференциального усилителя 8 устанавливаются одинаковые напряжения. Переключатель 20 содержит также вход 24 управления, 2 ил. Ё О ел ю 00 ю о