Имитатор электрической проводимости и сопротивления Советский патент 1992 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться в качестве многофункциональной меры электрической проводимости и сопротивления.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения количества воспроизводимых значений электрической проводимости и сопротивления с различной кратностью (масштабом) по отношению к эталону Ома (См).

На фиг. 1 представлена структурная схема имитатора электрической проводимости и сопротивления; на фиг. 2-5 - эквивалентные схемы, иллюстрирующие функциональные возможности и особенности разных включений данного имитатора в различные внешние электрические цепи.

Имитатор электрической проводимости и сопротивления содержит первый, второй, третий токовые зажимы 1, 2, 3 и первую, вторую, третью потенциальные клеммы 4,5, 6, микропроцессорную систему 7 управления, обработки-представления информации, цифроуправляемый магазин 8 сопротивления и кодоуправляемый делитель 9 напряжения в виде последовательно соединенных мультирезисторов-трансфе- ров 10 и 11, содержащих для коммутации равнономинальных резисторов-секций 12.1,12.2, 12.3,...% 12.N первого ключи 13.1.

13.2,13.3, ..., 13.N-M и резисторов-секций 14.1. 14.2, 14.3 14.N ключи 15.1, 15.2,

15.3,.... 15.N-H, причем к стационарному первому полюсу 16 внутренней цепи устройства узлу соединения первых выводов трансферов 9 и 10 подсоединены токовывоХ|

3

00

4

ды первого токового зажима 1 и первой потенциальной клеммы 4. Второй вывод трансфера 10 подсоединен к токовыводу второго токового зажима 2, а общий вывод

нечетных ключей 13.1, 13.3 13. N + 1

трансфера 10 соединен с токовыводом второй потенциальной клеммы 5. Второй вывод трансфера 11 подсоединен к токовыводу третьего токового зажима 3, а общий вывод нечетных ключей 15.1, 15.3, 15.N+1 трансфера 11 соединен с токовыводом третьей потенциальной клеммы 6. Один вывод цифроуправляемого магазина

8соединен с общим выводом четных ключей 13.2, 13.4 13.N трансфера 10, а

второй вывод этого магазина соединен с общим выводом четных ключей 15.2, 15.4, .... 15.N трансфера 11. К микропроцессорной системе 7 управления, обработки- представления информации подключены канал 17 управления трансфером 10, канал 18 управления трансфером 11, канал

9управления магазином 8 сопротивления, а также каналы 20 диалога с оператором 21.

Указанные на фиг. 1-5 второй полюс 22 устройства - это узел между замкнутыми четным и нечетным ключами трансфера 10 третий полюс 23 устройства - это узел между замкнутыми четным и нечетном ключами трансфера 11, т.е. полюса 22 и 23 виртуальны (переключаемы).

По представленной на фиг. 2 обобщенной эквивалентной схеме описываемого устройства рассмотрим указанные в табл. 1 три основные варианта подключения этого устройства во внешнюю цепь (фиг. 2-4).

Для оптимизации измерительных и вычислительных операций в устройстве обеспечивают выполнение условия

Ri2H RHH x A 10 х RHH,

где Ri2H - номинальное значение сопротивления одного резистора-ступени трансфера 10,

Ri4H номинальное значение сопротивления одного резистора-ступени трансфера 11,

А- 10 - основание принятой системы счисления.

При первом варианте подключения (фиг. 3) устройство между полюсами 22 и 23 воспроизводит сопротивление

-щ ггаН™ .

(1+J« + (Rlo + Rll) „в,

Re

(2)

где Rio ш R12.1 + ... + Ri2.z - сумма сопротивлений включенных г резисторов-ступеней трансфера 10;

Rn Ri4.l +... + RHJ - сумма сопротивлений включенных j резисторов-ступеней трансфера 11;

RB 0, Xi ... Xi... Xk«R - сопротивление магазина 8;

О, Xi... Xi... Xk - нормализованная мантисса числового значения сопротивления

магазина 8, a XiXi... Xk - коды-цифры,

равные числу включенных ступеней сопротивления 1-го1-гоk-ro разрядов магазина;

R - масштаб нормализованной шкалы магазина 8;

В 1 + (Rio + RiO/Ref1 - коэффициент коррекции.

Микропроцессорная система 7 управления, обработки-представления информации имеет память и обеспечивает выполнение вводимых в последнюю оператором 21 по каналам20 программ, например, она производит:

1) вычисление номинального результата сопротивления Р(22-23)н при учете номинальных значений RICH, RHH и RSH, когда (2) с учетом (1) упрощается к виду

35

R(22-23)H (RlO+ Rll)x В Z, JXR12H X В (3)

или же при В 1, Oi... Oi... Ok (Re ) (За)

R(22-23)H - 2, J X R12HI

40 2) вычисление результата сопротивления В(22-23)д при учете действительных зна- чений (с учетом поправок, хранящихся в памяти системы 7 RIOA, Кпд,и номинального значения Квн когла (2) с учетом (1) упрощает45 ся к виду

R(22-23to (RlO+ Rn) В

(z, JxRi2H + ARio+A Rn)-B 50 - R(22-23)H ( A Rio + A Ri i) 8(4) или же при B 1,0i... Oi ...Ok(Re ru) R(22-23)AS- R(22-23)H + A R io + Д R11, (4a)

55

где A RIO - поправка сопротивления трансфера 10;

ARn - поправка сопротивления трансфера 11.

В метрологической практике часто приходится составлять и использовать образцовые схемы замещения требуемого точного сопротивления, например:

R(22-23)fl- 16,12700м

(5)

Для решения задач, аналогичных (5), наиболее подходит первый вариант с первым трансфером А х 10 Ом и вторым трансфером А х 1 Ом. с помощью которых можно устанавливать при В 1 любое образцовое сопротивление от 1 Ом ступенями через 1 Ом до максимального сопротивления обеих трансферов 10 х 10 Ом + 10 х 1 Ом 110 Ом.

Для получения требуемого сопротивления (5) на трансфере 10 необходимо установить сопротивление 1 х 10 Ом, а трансфере 11 установить сопротивление 7x1 Ом 7 Ом, затем, пользуясь поправками сопротивлений трансферов 10 и 11,система 7 определит действительное сопротивление суммы

устройстве от зажима 1 до зажима 3 протекает рабочий ток I, который между потенциальными клеммами 4, 5 устройства создает разность потенциалов - напряжение холо- стого хода

II -I (Rs + Rto) RnRto ...

Uxx Rs + Rio + Rn Re + Rio

10

RioRni ReRio+Rn

RioRn

Rio1 + Rn +0 , X... X... Xk R

RioRn Y R x

I

Использование: электроизмерительная техника, в качестве многофункциональной многозначной меры электрической проводимости и сопротивления. Сущность изобретения: содержит два токовых 1,2 зажима и две потенциальные 4, 5 клеммы, управляемый делитель 9 напряжения. В устройство введены с соответствующими связями циф- роуправляемый магазин 8 сопротивления, третий токовый 3 зажим, третья потенциальная 6 клемма и микропроцессорная система 7 управления, обработки и представления информации, а управляемый делитель 9 напряжения выполнен в виде двух соединенных последовательно масштабных мультирезисторов- первого 10 и второго-11 трансферов, содержащих четные 13 и нечетные 15 ключи, коммутирующие резисторы 12,14. Устройство дополнительно снабжено двумя дополнительными выводами от первых ключей первого и второго трансферов, а также двумя дополнительными зажимами. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

RioA+Rlifl 10,0002 Ом + 7,0001 Ом - 25

ние (5)

17,00030м,(6)

Согласно фиг. 2 требуемое сопротивле16.42700м

17,0003 Ом х Re

17,0003 Ом х Re откуда сопротивление магазина 8

RB

(8)

В любом варианте устройства решение рутинных математических операций выполняет микропроцессорная система 7, a one- ратор 21 лишь вводит в память последней необходимые данные-характеристики цели, например. (5) и включает соответствующую программу для достижения этой цели используемым вариантом устройства.

Следует отметить, что для получения образцового сопротивления можно было регулировать сопротивление RO от его максимального значения до значения 487.12 Ом, когда согласно (7) на дисплее системы 7 будет представлен искомый результат 16,4270 Ом.

При втором варианте включения (фиг. 4) в общем токовом контуре внешней цепи и в

30

, (9)

откуда воспроизводимая (имитируемая) уст ройством проводимость оо

Gn

U

ХХ

O.YI ...YI...YIC ю CM.

(Ю)

где О, YI ... YI ... Yk - нормализованная мантисса числового значения проводимости (Ю);

Rio RRn e См - масштаб числового значения проводимости 10.

В процессе обработки информации по (9) и выдачи ее результатов в виде (10) микропроцессорная система 7 не только учитывает поправку

/3 (Rio + Rn)/R

(11)

при переходе от нормализованной мантиссы 0, Xi... Xi... Xk сопротивления магазина 8 к нормализованной мантиссе О, YI ... YI ... Yk проводимости устройства, но и по соответствующей команде оператора (программе) может по формуле

Rn-1/Gn

(12)

проводимость (10) пересчитать в эквивалентное сопротивление, а именно

Rn

О, Yi...Y...Yk zjo..zi,.., zk Ю+РСм,

где 21, .... 2| 2п - мантисса числового

значения сопротивления (13),

Rio R-1R1 - 10 Ом - масштаб числового значения сопротивления (13).

При третьем варианте включения (фиг. 5) устройству п рису щи те же фу н кции (9)-(13) с тем отличием, что при данном включении рабочий ток меньше, поскольку трансфер 10 от трансфера 11 отличается большими сопротивлениями резисторов-ступеней, т.е. при одном и том же рабочем токе будет потреблять мощность во столько раз большую, во сколько раз его сопротивление Рю больше сопротивления Рп трансфера 11.

В составе устройства могут быть транс- феры с резисторами-ступенями в 0.01; 0,1; 1; 10; 102; 103; 104; 105 Ом, а магазин 8 может обеспечивать изменение своего сопротивления Ра в диапазоне 0,01 -109 Ом. Для большинства практических целей такие пределы изменения указанных сопротивлений достаточны.

Пример 1. При 0, Xi... Xi... Xk R - 104 Ом, Rio 10 Ом, Rr e 10 Ом устройство воспроизводит сопротивление

ROMHH -

RioRn

Rio+Rn +O.Xt...Xi...Xk R

+ -I-10+4

10-70м(1)40

ИЛИ ПРОВОДИМОСТЬ Спмакс - RXMHH - 10 CMJI5J

П р и м е р 2. При 0, Xi... Xi... Xk R - 106 4g Ом, Rio Rn 10е Ом устройство воспроизводит сопротивление

пмакс -

RioRi«

RlO+Rl1+0,Xi...X|...Xk -R

10е 10е

10е + 10е + 10е

3,3-1060м (16)

ИЛИ ПРОВОДИМОСТЬ Спмин RXMaKc 1 55

См.. (17)

Далее в табл. 2 указаны при Р 10 Ом возможные масштабы 10Р См шкалы (10)

устройства при включении его во внешние электроцепи согласно фиг. 4 и 5.

При приведенных в табл. 2 масштабах 10Р См устройство воспроизводит следующее множество проводимостей Gn:

О, Yi... YI ... Yk О, Yi... Yi... Yk

10+9См, 1048См,

О, Yi... Yj... Yk 10° См, Ь Гй Yi... Yk 10 5См.

(18)

которое в соответствии с (12) с помощью микропроцессорной системы 7 управления, обработки-представления информации может быть преобразовано в следующее множество сопротивлений, Р:

212|, ...2k ОМ,

,-8,

212|, ... 2k ОМ,

21, ... 2 ... 2k 10 ОМ ,

.+ 5,

21, ... 2| ... 2k 10 ОМ .

В заключение следует отметить, что устройство и его составные части, отдельные соединения последних могут использоваться во внешних электроцепях автономно или же в составе разных измерительно-вычислительных агрегатов и мультимерметров.

Отсутствие усилителей упрощает изготовление, калибровку и эксплуатацию описанного имитатора электрической проводимости и сопротивления.

Формула изобретения 1. Имитатор электрической проводимости и сопротивления, содержащий два токовых зажима и две потенциальных клеммы, управляемый делитель напряжения, подключенный одним выводом к первому токовому зажиму первого полюса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения количества воспроизводимых величин с различным масштабом, в него введены цифроуправляемый магазин сопротивления, третий токовый зажим, третья потенциальная клемма и микропроцессорная система управления, обработки и представления информации, а управляемый делитель напряжения выполнен в виде двух соединенных последовательно масштабных мультирезисторов - первого и второго трансферов, содержащих четные и нечетные ключи, коммутирующие резисторы, к первому токовому зажиму подсоединены вывод четных ключей первого трансфера и

при этом один вывод цифроуправляемого магазина сопротивления, первая потенциальная клемма подсоединена к выводу нечетных ключей первого трансфера, другой вывод цифроуправляемого магазина сопротивления и токовые выводы от четных ключей второго трансфера подсоединены к второму токовому зажиму второго полюса, выводы от нечетных ключей второго трансфера подсоединены к второй потенциальной клемме, примем соединенные между собой выводы первого и второго трансферов подсоединены к третьему токовому зажиму и третьей потенциальной клемме

0

третьего полюса, а выводы управления ключами трансферов и цифроуправляемого магазина сопротивления подключены к микропроцессорной системе управления, обработки и представления информации.

Таблица 1

Таблица 2

pt t/ г ы г t

sag-t--f

.02

II |

fr899I/. I

Фиг.2

фиг. 5

f