Устройство для измерения сопротивлений Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

со

с

Использование: в измерительной технике при контроле на постоянном токе сопротивлений, включающих соединение, например, накрутку, пайку, сварку и др. Сущность изобретения: в устройство, содержащее источник тока 1 с токозадагощей цепочкой, включенный последовательно с измеряемым сопротивлением, подключенный параллельно усилителю 3 с цепочкой обратной связи, введены два фильтра 7 и 8 на резисторах 20 и 21 и конденсаторах 22 и 23 с разными полосами пропускания, формирователь 9 и индикатор 10. Кроме того, в токозадающую цепь источника 1 и цепь регулировки коэффициента передачи усилителя 3 включены синхронный ключ 5, а токозадающая цепь и цепь регулировки коэффициента передачи усилителя выполнены так, что произведение изменения коэффициента передачи усилителя и коэффициента изменения тока является постоянным числом. 3 ил, 1 табл.

2

ю

00

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле на постоянном токе сопротивлений, включающих соединения, например, накрутку, пайку, сварку и др.

Известно устройство для измерений сопротивлений, которое содержит источник тока, который через переключатель полярности соединен с измеряемым резистором, напряжение с которого поступает на диффе- ренциальный усилитель.

Недостаток известного устройства заключается в том, что все измерительные операции выполняют при одном выбранном значении тока, что не позволяет обнаружить нестабильные сопротивления, например, некачественную пайку.

Известно также устройство для измерения малых сопротивлений, содержащее стабилизатор тока, соединенный последовательно с измеряемым резистором, напряжение с которого поступает на усилитель постоянного напряжения.

Недостатком устройства является отсутствие возможности обнаружения неста- бильных сопротивлений.

Целью изобретения является расширение области применения путем обнаружения потенциально ненадежных соединений в электрических цепях.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее индикатор, источник тока, включенный последовательно с измеряемым сопротивлением, подключенный параллельно измеряемому сопротивле- нию усилитель, элемент управления, введены два фильтра с разными полосами пропускания и формирователь, а в токоза- дающую цепь источника тока и в цепи регулировки коэффициента передачи усилителя введены первый и второй синхронные ключи, при этом выход усилителя соединен с входами фильтров, выходы которых соединены с входами формирователя, выход которого соединен с входом индикатора, выход элемента управления соединен с управляющими входами синхронных ключей, а токо- задающая цепь и цепь регулировки коэффициента передачи усилителя выполнены так, что коэффициент (а) изменения тока и изменение $) коэффициента передачи усилителя связаны математической зависимостью «/0-1.

Следовательно, введение фильтров с разными полосами пропускания, которые включены на входах формирователя, а также введение в токозздающую цепь источника тока и в цепь и цепи регулировки коэффициента передачи усилителя синхронных ключей, позволяющих изменять величину тока через измеряемый резистор таким образом, что коэффициент (а изменения тока и изменение (/3) коэффициента передачи усилителя связаны математической зависимостью о. / 1 , позволяет обнаружить потенциально ненадежные соединения.

На фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - электрическая схема; на фиг. 3 - диаграммы сигналов,

Устройство содержит источник 1 тока (стабилизатор тока) с токозадающей цепью 2, Источник 1 соединен последовательно с измеряемым сопротивлением Rx, параллельно которому подключен усилитель 3 с цепью 4 регулировки коэффициента передачи усилителя. В токозадающую цепь 2 и в цепь 4 включены соответственно синхронные ключи 5i и 5а, которые связаны с элементом 6 управления ключами.

Выход усилителя 3 соединен через фильтры 7 и 8, имеющие разные полосы пропускания, с входом формирователя 9, выход которого соединен с индикатором 10. Источник 11 смещения включен последовательно между источником 1 и измеряемым сопротивлением Rx. Его назначение - задать постоянное смещение по постоянному току для усилителя 3 и формирователя 9.

Источник 1 тока может быть выполнен (фиг. 2) в виде силового транзистора 12, база которого соединена непосредственно с коллектором транзистора-усилителя 13, и через резистор 14с шиной + источника U напряжения. Эмиттер транзистора 13 соединен через стабилитрон 15с шиной - источника U. Между этой шиной и коллектором транзистора 12 включена токозадающая цепь 2, содержащая резистор 16 с сопротивлением R и резистор 17 с сопротивлением RL Резистор 17 через ключ 5i подключен параллельно резистору 16. 8 качестве элемента управления синхронными ключами 5i, 62 применено реле б, которое через контакт кнопки S управления подключено к источнику U, замыкающие контакты реле 6 являются ключами 5i, 52- Цепь 4 рзгулировки коэффициента передачи усилителя 3 выполнена в виде делителя на тарах 1-8 и 19 с сопротивлениями KR и KRi соответственно. Один вход делителя подключен к выходу усилителя 3, а другой через контакт 5а - к вьшоду измеряемого резистора Rx.

Каждый из фильтров 7 и 8 содержит резисторы 20 и 21 и конденсаторы 22 и 23. Входы фильтров объединены и подключены к выходу делителя на резисторах 18 и 19, а выходы - к входам дифференциального усилителя 24, входящего в состав формировэтеля 9. Выход усилителя 24 подключен к базе транзистора 25, эмиттер которого подключен к источнику смещения на стабилитроне 26, резисторе 27, а коллектор через ограничитель-резистор 28 - к индикатору 10 на светодиоде.

На фиг. 3 приняты обозначения: 1Х - ток в цепи измеряемого сопротивления; Ux. Уф - напряжение соответственно на входе и выходе усилителя 3; Ui , Ua - напряжение соответственно на первом и втором входах формирователя 9; 1д - ток светодиода.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на шины +U, -U на резисторе 16с помощью элементов 12- ,15 источника 1 стабилизированного тока поддерживается с высокой точностью постоянное напряжение Uo, а.следовательно, в цепи измеряемого резистора Rx протекает постоянный ток U0

1

R

(1)

где R - сопротивление резистора 16.

При этом на RX выделяется напряжение 25 Ux, которое поступает на вход усилителя 3:

UX-IX RXUc

R

R

На выходе усилителя 3 имеется напряжение

в,(3)

где В - коэффициент передачи усилителя с учетом делителя 4 на его выходе и

,Вд,(4)

где By -коэффициент передачи усилителя без учета делителя;

Вд - коэффициент передачи делителя 4.

В примере (фиг, 2) усилитель 3 без учета делителя имеет коэффициент передачи , а делитель при разомкнутом ключе 52 имеет коэффициент передачи Вд также равный 1. Поэтому и

иф-Ux- -Rx

(5)

Для оценки стабильности (исправности) Rx на вход устройства (фиг. 2) на элемент 6 управления подают сигнал на замыкание синхронных ключей 5i, 62. В примере (фиг. 2) сигналом является замыкание кнопки S. при этом срабатывает реле 6 и своим замы- кающим контактом 5i изменяет ток источника 1, а замыкающим контактом 52 одновременно изменяет коэффициент передачи усилителя 3 за счет подключения на его выход делителя 4. При этом ток увеличи- вается до значения

I - U° -U°( Р -L. О-

. о, (к +RUrfleRs

R Rt

- эквивалентное сопротивR -bRi

ление цепочки параллельно включенных резисторов 16 и 17 с сопротивлениями R, Rt. Напряжение U x на входе усилителя 3 определяется выражением

II -. .о- Uo(R+RQ .Е,т

их -IX-RXр тщ- Rx-Г7)

Как и до замыкания ключей передаточный коэффициент усилителя с учетом делителя В определяется по аналогии с (4):

В -R В - Dy Од.

При этом коэффициент передачи собственно усилителя в примере по-прохно- му , а

Вл

k -Ri Ri

kR+kRi R-bRi

(8)

15 20

25

30

35

40 тогда

I

В

R

В + РГ(9)

Напряжение и ф на выходе усилителя

находят по аналогии с (3)

иф и хВ (10)

После подстановки (7), (9) и вычисления

имеем°

(11)

Из сравнения (5), (11) видно, что сигьзл иф(и ф) на выходе устройства зависит только от Rx и не зависит от условий, связанных с коммутацией ключа 5i, 52.

Поэтому при стабильном (постоянном) Rx изменение тока скачком не вызывает появления сигнала на входе и выходе формирователя.

Отношение

назовем коэффициен40

45 50 55

(13)

том а. изменения тока в токозадающей цепи. Найдем а, поделив (1) на (6):

а ТТЙГ(12)

Поделив В на В имеем

в R + RI

ВRt

где р - изменение коэффициента передачи усилителя.

Сравнивая выражения (12) и (13), видим, что коэффициент изменения тока Б токозадающей цепи и изменение коэффициента передачи усилителя изменяются в обратном отношении т.е. произведение

Изменять коэффициент передачи в токозадающей цепи можно различными вариантами исполнения токозадающей цепи.

Например, можно токозадающие резисторы 16 и 17 включать последовательно, и для изменения тока один резистор шунтировать замыкающим контактом синхронного ключа, различным образом можно изменять ве- личину опорного напряжения, которое подается в рассматриваемом примере от опорного стабилитрона 15 на эмиттер усилителя 13. Также различным образом можно изменять коэффициент передачи усилителя, путем переключения синхронным ключом части резистора RI или Roc.

Таким образом, если в предлагаемом устройстве ток в измерительной цепи и коэффициент передачи усилителя изменяются синхронно в обратном отношении, то напряжение на выходе усилителя не зависит от тока в измерительной цепи, а только линейно зависит от измеряемого сопротивления. Сопротивления некоторых неустойчивых контактов, некачественных соединений, плохих паек и т.д. изменяются в зависимости от тока, протекающего через эти сопротивления, а именно при увеличении тока до некоторого критического значения 1кр сопротивление соединения Rx уменьшается, причем скачком.

Выберем значения токов 1х и Г х в измерительной цепи такими, чтобы соблюдалось неравенство:

(17)

Пусть имеем некачественное соединение с сопротивлением Rx. Тогда, при включении ключей 5t и 52 ток через RX обязательно в своем нарастании от 1Х до Гх пройдет через значение 1кр (фиг. За) в момент времени tup. при этом Ux возрастает в меньшей степени (линия II), чем увеличился fx (фиг, 36), а и ф изменится ступенькой (фиг. Зв, линия II). Таким образом, на вход RC - фильтров 7 и 8 появится ступенька спада напряжения. Постоянная времени RC-це- почки 21 и 23 выбрана значительно больше постоянной времени цепочки 20 и 22. Поэтому, хотя в установившемся состоянии напряжение Ui на выходе фильтра 21 и 23 больше напряжения U2 на выходе фильтра 20 и 22 в переходном режиме в течение времени tKp... ti имеет место обратное соотношение, когда . И на выходе усилителя 24 образуется положительный импульс. Транзистор 25 на время tKp... ti открывается, через светодиод 10 протекает ток 1Д (фиг. 36), и он на это время Подсвечивается, что сигнализирует о нестабильности измеряемого сопротивления Rx. С клеммы КВых снимается напряжение Уф, пропорциональное действительному значению измеряемого сопротивления Rx. Если же сопротивление RX не изменяется при изменении 1Х (качественное соединение), то напряжение ифЧ/ф остается постоянным, импульс на выходе усилителя 24 не формируется. В любом случае по напряжению иф(й ф) можно определить Rx из формул (3) и (11).

Признаки, предопределяющие существенные отличия: введение фильтров с разными полосами пропускания, которые включены на входах формирователя, а так0 же включение синхронных ключей в токоза- дающую цепь источника тока и в цепь изменения коэффициента передачи усилителя, позволяет изменять ток и коэффициент передачи усилителя в обратном

5 отношении. Это позволяет повысить диагностические возможности путем выявления некачественных соединений, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от протекающего тока (приложенного напря0 жения).

Изложенное в изобретении подтверждают данные эксперимента, проведенные с двумя реле типа РГК-15 БГО.450.003 ТУ исполнение БГ4.569.003-02 с номинальным

5 сопротивлением обмотки 2,40 кОм, Первое реле было исправно и по всем параметрам соответствовало ТУ. второе имело неустойчивый контакт в месте присоединения обмотки к выводному контакту.

0 Результаты измерений приведены в таблице.

Из таблицы видно, что у исправного реле сопротивление обмотки при монотонном увеличении тока сначала незначительно па5 дает примерно на 5%, а затем незначительно монотонно возрастает (тепловой эффект). У неисправного реле сопротивление монотонно и существенно уменьшается примерно в 2,5 раза при изменении тока от

0 0,05 до 20,0 мА.

Был поставлен также второй эксперимент. Для этого собран макет устройства согласно схеме (фиг. 2) со следующими параметрами элементов. Элементы 12,13 и 25

5 транзистора КТ315Б,стабилитроны 11,15и 26 тип 2С 139А, усилители 3,24 тип 153 УД2, . . ,2K, Ом, R20. R21-33K, С22-ОЛ, C23-20.0 мкФ.

U-25B. Реле 6 типа РГК-15. Далее ото0 браны реле типа РГК-15 исполнение БГ4.569.003-02 с номинальным сопротивлением обмоток ,4 кОм. Были взяты 2 группы: 10 шт исправные и 10шт, предварительно забракованные по нестабильности

5 Ro6M.

Вместо Rx подключались обмотки контролируемых реле. Для всех исправных реле светодиод 10 при нажатии кнопки не светился, для всех неисправных светодиод подсве- чивался на время 0,4-1,5 с. Предполагается

устройство первоначально внедрить на предприятии для входного контроля реле, а также предложить его предприятиям, выпускающим реле.

Формула изобретения Устройство для измерения сопротивлений, содержащее индикатор, источник тока, включенный последовательно с клеммами для подключения измеряемого сопротивления, параллельно которому подключен усилитель постоянного напряжения, элемент управления, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем обнаружения потенциально ненадежных соединений, введены два фильтра с разными полосами пропускания, форми0

5

рователь, а в токозадающую цепь источника тока и цепь регулировки коэффициента передачи усилителя введены первый и второй синхронные ключи, при этом выход усилителя соединен с входами фильтров, выходы которых соединены с входами формирователей, выход которого соединен с входом индикатора, а выход элемента управления соединен с управляющими входами синхронных ключей, при этом токозадающая цепь и цепь регулировки коэффициента передачи усилителя выполнены так, что коэффициент (а) изменения тока и изменение {fy коэффициента передачи усилителя связаны математической зависимостью а 1.

Фиг. 2

Фш.З