Устройство для измерения больших сопротивлений Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

КЗ

К2

О

00 00

ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении больших сопротивлений (10б...101йОм).

Цель изобретения - повышение точности измерения сопротивлений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения больших сопротивлений; на фиг. 2 - пример реализации устройства (12) управления и обработки информации (УУОИ); на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства для измерения сопротивлений: где а - форма сигнала на выходе генератора 16; б - форма сигнала на выходе ключа 17; в - форма сигнала на выходе ЦАП 20; г- форма сигнала-на выходе интегратора 1 малых токов; д - форма сигнала на выходе сумматора 5; е - форма сигнала на входе измерителя 22 длительности; ж - форма сигнала на выходе 13 устройства 12 управления и обработки информации (уровень логического нуля соответствует включению ключа 17).

Устройство для измерения больших сопротивлений содержит интегратор 1 малых токов (ИМТ),вход которого подключен к первой входной шине 2, источник 3 опорных напряжений (ИОН), первый выход которого подключен к второй входной шине 4, сумматор 5, на основе операционного усилителя, содержащий суммирующие резисторы 6-8 и подключенный первым входом к ИМТ1, компараторы 9-11, подключенные соединенными входами к сумматору 5, а выходами - к устройству 12 управления и обработки информации (УУОИ) с управляющими выходами 13-15, генератор 16, ключ

17,связывающий генератор 16 со счетчиком

18,к выходам которого подключены формирователь 19 импульсов сброса, соединенный выходом с ИМТ 1 и цифро-аналоговый преобразователь 20 (ЦАП), включенный между одним из выходом ИОН 3 и вторым входом сумматора 5. ИОН 3 может быть выполнен по схеме преобразователя с умножением напряжения и предназначен для формирования измерительных напряжений 0,1; 1; 10; 100; 1000 В. Измерительные напряжения снимаются с высоковольтного делителя и коммутируются с помощью реле на шину 4.

Блок УУОИ содержит формирователь 21, измеритель длительности 22, позволяющий измерять длительность импульсов отрицательней полярности (содержит индикаторное табло), а также устройство 23 клавиатуры, содержащее переключатель для управления ИОН 3, ИМТ 1 и счетчиком 18,, представляющим собой суммирующий счетчик.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый объект R подключается между входной шиной интегратора 1 малых

токов и шиной 4 ИОН 3, Управление узлами измерителя осуществляется устройством 12 по выходам 13-15, При этом по выходу 14 устанавливается на шине 4 ИОН 3 необходимый постоянный уровень измерительного напряжения, равное 0,1; 1; 10; 100 или 1000 В. Управляющий выход 15 Измерение находится в отключенном состоянии: интегрирующий конденсатор интегратора 1 малых токов закорочен; счетчик 18 находится в нулевом состоянии. Выходные напряжения ИМТ 1 и ЦАП 20, поступающие на входы сумматора 5, близки к нулю.

При включенном измерителе на управляющем выходе 15 УУОИ 12 появляется уровень логической единицы, разрешающий интегрирование входного тока ИМТ 1 и работу счетчика 18.

При подключении измеряемого объекта Rx через него протекает ток 1Х, обратнопропорциональный величине измеряемого сопротивления.

U,

R

30

где UHSM - измерительное напряжение, приложенное к объекту.

при поступлении измеряемого тока 1Х

на вход 2 интегратора 1 малых токов на его

выходе появляется линейно-изменяющееся

напряжение (фиг. Зг), скорость изменения

которого определяется выражением:

dU dt

J С

U

изм

Rx

где С - измерительный конденсатор в цепи обратной связи интегратора 1.

Информация о величине измеряемого сопротивления, содержащаяся в скорости изменения выходного напряжения интегратора 1 малых токов непрерывно поступает на первый вход сумматора 5.

На второй вход сумматора 5 поступает

компенсирующее напряжение противоположной полярности с выхода ЦАП 20 (фиг. Зв), значение которого по абсолютному значению близко к выходному напряжению интегратора 1 малых токов.

Сумматор 5 производит усиление разностного A Up (фиг. Зд) напряжения с коэффициентом передачи, определяемым отношением резисторов 6-8. Разностные напряжения Л Up сравниваются с пороговыми напряжениями компараторов 9-11. Если разностное напряжение не достигло порога срабатывания компаратора 9 (нулевого уровня), то происходит дискретное увеличение компенсирующего напряжения на вы- ходе ЦАП 20 (последовательность импульсов с выхода генератора 16 (фиг. За) через открытый ключ 17 поступает на вход синхронного счетчика 18 (фиг. 36) и изменяет его состояние, а следовательно, и код на входе ЦАП 20. 3 момент равенства напряжений (по абсолютному значению) на выходах ИМТ 1 и ЦАП 20 срабатывает компаратор 9 (детектор нуля), перепад выходного напряжения которого поступает на вход формирователя 21 УУОИ 12, вырабатывающего по выходу 13 УУИО 12 сигнал (фиг. Зж), закрывающий ключ 17. Выходное напряжение ЦАП фиксируется (состояние счетчика 18 не изменяется). На выходе сум- матора 5 в этот момент времени присутствует линейно-изменяющееся напряжение, дальнейшая обработка которого ведется с помощью компаратора 10 (нижнего порогового напряжения)и компаратора 11 (верхне- го порогового напряжения). Происходит сравнение усиленного линейно-изменяющегося напряжения с напряжением, равным разности пороговых напряжений компараторов 10 и 11. Интервал времени между моментами срабатывания компаратора 10 и 11 выделяется с помощью формирователя 21 в виде импульса отрицательной полярности (фиг. Зе), длительность t которого прямопропорциональна сопротивлению измеряемого обьекта Rx и определяется по формуле:

t Rx

C(U2 -Ui )

UHSM К

где С - измерительная емкость интегратора 1;

Уизм - напряжение, прикладываемое к объекту измерения Rx;45

К - коэффициент усиления сумматора 5;

Ui, Uz пороги напряжения срабатывания компараторов 10 и 11 соответственно.50

Измеритель 22 длительности производит преобразование длительности импульса отрицательной полярности с выхода формирователя 21 в цифровой код и отображает значение на цифровом табло.55

В момент срабатывания компаратора 11 (пересечение верхнего порога) открывается ключ 17 (перепад выходного напряжения компаратора 11 изменяет состояние

0 5 0 5 0 5

0

5

0

5

формирователя 21), разрешающий про.о к дение синхроимпульсов с выхода геиерато ра 16 на счетчик 18, ч то приводит к изменению состояния на управляющих вхо дэх ЦАП 20 и увеличению его выходного напряжения до следующего срабатывания компаратора 9.

Информация о значении сопротивления, содержащаяся в скорости изменения выходного напряжения интегратора 1 малых токов, обрабатывается в диск рётные моменты времени на всем динамическом диапазоне напряжения интегратора 1 до достижения максимального выходного напряжения (до момента переполнения счетчика 18). После чего на выходе счетчика 18 появляется сигнал Переполнение, поступающий на вход формирователя 19 импульса сброса устанавливающего интегратор 1 малых то ков и счетчик 18, а соответственно, и устройством в целом в начальное состоя ние. Таким образом, процесс измерения повторяется.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает более высокую точность и имеет преимущество, заключающееся в том, что погрешность измерения больших сопротивлений в конечной части шкалы измерения не увеличивается при возрастании времени обработки линейно-изменяющегося напряжения интегратора малых токов так как отсутствует погрешность, связанная с увеличением времени хранения сигнала устройством выборки и хранения.

Формула изобретения

Устройство для измерения больших сопротивлений, содержащее источник опорного напряжения, подключенный первым выходом к первой входной клемме, интегратор малых токов, подключенный входом к второй входной клемме, сумматор, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу сумматора, а второй - к общей шине, ключ, устройство управления и обра- отки информации, вход которого подключен к выходу первого компаратора, первый и второй выходы - соответственно к управляющим входам источника опорного напряжения и ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор, счетчик, формирователь импульсов сброса, цифроаналоговый преобразователь, второй и третий компараторы, причем выход генератора подсоединен к входу ключа, выход которого подключен к входу счетчика, выход Переполнения которого подключен к входу формирователя импульса сброса, выход которого подключен к входам Сброс интегратора малых токов и счетчика, группа выходов которого подключена к управляющим входам цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к второму выходу источника опорного напряжения, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу интегратора ма0

лых токов, первые входы второго v третьего компараторов подключены к выходу сумматора, вторые входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам источника опорного напряжения, а выходы - соответственно к второму и третьему входам устройства управления и обработки информации, третий выход которого подключен к входам начальной установки счетчика и интегратора малых токов.

; $

пппппплпплпплп:

ппп„л п п

ПЕ

ПЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении больших сопротивлений. Изобретение позволяет повысить точность измерений в верхней части диапазона измеряемых сопротивлений. Это достигнуто благодаря введению генератора 16, счетчика 18, цифроаналогового преобразователя (ЦАП), а также компараторов 10, 11 и ряда новых связей, которые обеспечили реализацию в измерителе нового алгоритма работы и позволили отказаться от использования устройств выборки и хранения, погрешность хранения информации в которых при измерении больших сопротивлений велика. Принцип работы предложенного измерителя заключается в грубой компенсации медленно меняющегося линейного напряжения интегратора 1 малых токов выходным напряжением ЦАП, усилении остатка и последующем сравнении его с пороговыми напряжениями компараторов 9-11. которые производят преобразование усиленного сигнала, соответствующего скорости изменения выходного напряжения интегратора 1 во временной интервал. Устройство обеспечивает значительно более высокую точность (около 0,2...2%) в области измерения больших сопротивлений (до 1018 Ом). 3 ил.

Si V

j/

иг

1Л

ei