Компаратор сопротивлений Советский патент 1992 года по МПК G01R17/02 

ИзоЬретение относится к измерительной технике, а именно к компараторам сопротивленийпреимущественновысокоогиных номиналов.

Известен компаратор сопротивлений 1, выполненный по схеме активного моста.

Недостатком этого компаратора является возможность прецизионного компариро5.П н и я только р а в н о н о м и и а л ь н ь X резисторов, т.е. резисторов с примерно равными значениями величины сопротивлений. Другим недостатком упомянутого компаратора является включение образцового резистора в низкопотенциальные цепи повторителя тока активного моста, что приводит к соответственному снижению точности при увеличении номинальных значений сопротивлений компарируемых резисторов вследствие шунтирующего эффекта изоля.1ИИ и возрастания помех.

Известно также устройство для компарирования сопротивлений 2, реализуиэщее потемциометрический способ компариро83НИЯ, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит калибратор напряжения и калибратор тока, устройство для сравнения напряжений, коммутатора. В отличие от акдлога. прототип предназначен для компарироиания как равнономинальных, так и неравиономинальных резисторов.

Недостатком прототипа является возрастание погрешности при увеличении значения сопротивления компарируемых резисторов вследствие уменьшения чувствительности схемы, влияния шунтирующей изоляции и помех и соответственно снижения гочности при измерении.

Целью изобретения является повышение точности измерения резисторов.

Поставленная цель достигается тем, что в компаратор сопротивлений, содержащий четырехзажиммый калибратор напряжения, четырехзажимный образцовый резистор, четыре зажима для подключения измеряемого резистора, калибратор тока, первый и второй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и первый и второй выходы и измеритель выхода, введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этом первый токовый выход калибратора напряжения соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом дпя подключения измеряемого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим для подключения измеряемого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсатора тока и через резистор с первым входом измерителя выхода, второй токовый выход калибратора напряжения, вторые выходы калибратора тока, компенсатора тока и вторые входы компенсатора тока и измерителя выхода соединены с общей шиной, входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым и вторым потенциальными выходами калибратора напряжения, первый и второй выходы первого коммутатора потенциальных цепей соединены соответственно с первым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и

5 с первым потенциальным зажимом образцового резистора, а первый и второй выходы второго коммутатора потенциальных цепей соединены с вторым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и вторым потенциальным зажммом образцового резистора.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого компаратора сопротивлений; на Фиг.2 - упрощенная схема для пояснения работы5 устройства по фиг. 1: на фиг.З и 4 поясняется работа устройства.

Компаратор сопротивлений содержит четырехзажимный калибратор 1 напряжения (КН 1) с первым 2 и вторым 3 токовыми

0 выводами (T1.T2J. первым 4 и вторым 5 потенциальными выводами (П1,П2}. Измеряе мый резистор RX 6 с первым 7 и вторым 8 токовыми зажимами и первым 9 и вторым 10 потенциальными зажимами, образцовый

5 резистор 11 (RIM) с первым 12 и вторым 13 токовыми зажимами и первым 14 и вторьМ 15 потенциальными зажимами: ка/1ибратор тока 16 (КТ 16) с первым 17 и вторым 18 выходами; компенсатор тока 19с 20

0 и вторым 21 входами и первым 22 и вторым 23 выходами; резистор 24 (R) компенсятооя тока 19; первый 26 и второй 27 входы измерителя выхода 25. коммутатора токя 28 г. входом 29 и первым 30 и вторым 31 вьходл

5 ми; первый коммутатор потенциальных це пей 32 с входом 33 и выходами 34.35; второекоммутатор потенциальных цепей 36 с входом 37 и выходами 38.39: общую шину устройства 40 (фиг.1).

0Выход 2 КН 1 присоединен к .первым

токовым зажимам 7,12 измеряемого б (Rx) и образцового 11 (RN) резисторов, вторые токовые зажимы 8,13 которых соединены с первым 30 и вторым 31 выходами коммутп5 тора тока 28. вход 29 которого непосредственно соединен с первь м выходом КТ 16. а через резистор 24 (R) - с первым входом 26 измерителя выхода 25 и с первым выходом 22 компенсатора тока 19, первый вход которого соединен с входом 29 коммутатора тока 28 и через него разновременно соединены с зажимами 8,13 резисторов 6 (Rx), 11 (RN), при этом вторые выходы 3 КН 1, 18, КТ 16, 23 компенсатора тока 19, совместно с вторыми входами 21 компенсатора тока 19 и 27 измерителя выхода 25 присоединены к общей шине 40 устройства. Измеряемый 6 (RX) и образцовый 11 {Вы)резисторы выполнены с первыми 9,14 и вторыми 10,15 потенциальными зажимами, КН 1 снабжен дополнительными первыми 4 и вторым 5 потенциальными выходами, при этом входы 33.37 первого 32 и второго 36 коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственно с первым 4 и вторым 5 потенциальными выходами КН 1, выходы 34,35 коммутатора потенциальных цепей 32 соединены с первым потенциальным зажимом 9,14 резисторов 6(Rx),11(RN), .выходы 38,39 коммутатора 36 соединены со вторыми потенциальными зажимами 10,15 резисторов 6(Rx), 1 I{RN), при этом коммутация выполнена таким образом, что одновременно коммутируются потенциальные и токовый .зажимы каждого из резисторов.

Работа компаратора сопротивлений поясняется фиг.2 и 3. В положении X (замкнуты контакты 29 и 30 коммутатора 28) напряжение КН 1 создает ток х, который в основном компенсируется током 1к, создаваемым калибратором тока 16.

Компенсатор тока 19, содержащий операционный усилитель и образующий совместно с резистором 24 систему с глубокой отрицательной обратной связью, создает ток JKX, компенсирующий разность токов 1х и IK таким образом, что результирующий ток, протекающий между входами 20,21 компенсатора 19, равен нулю, соответственно равно нулю и напряжение между упомянутыми зажимами.

Аналогичным образом устройство работает в положении N (замкнуты контакты 29,31 коммутатора 28). В этом случае компенсатор тока 19 создает ток и, компенсирующий разность ТОКО.8 IN и 1к. Сопротивление R служит для преобразования тока к в напряжение, т.е, Ua.i Увых IKR.

На фиг, и в тексте описания имеются следующие дополнительные обозначения:

1х, IXH - ток, протекающий через резистор 6 и его номинальное значение;

Ux, UxH - напряжение на резисторе 6 и его номинальное значение:

RX, RXH - сопротивление резистора 6 и егономинальное значение:

IN - ток, протекающий через резистор 11:

UN - напряжение на резисторе 11:

RN сопротивление резистора 11:

ARx

-5- - относительная погрешность реКх

зистора 6:

R - сопротивление резистора 24:

Увыхх, UsbixN - напряжения на выходе измерителя выхода 25 в положениях X и N соответственно.

Устройство может быть использовано

для выполнения двух видов измерений: для определения отношения сопротивления резистора RX к сопротивлению резистора RN, т.е. для определения величины сопротивления резистора RX в единицах сопротивления RN; для определения относительной погрешности сопротивления резистора RX ARx/Rx. При определении отношений сопротивлений резисторов RX и RN (RX/RN) калибратор тока 16 в каждом из положений

X и N устанавливает ток IK 1кн. который затем разновременно посредством изменений напряжения Ux (положение X) и UN (положение N) компенсируется напряжением Ux и UN таким образом, чтобы в каждом из

положений напряжения ивых UBbixN 0, что соответствует соотношениям

(1)

1х 1н: IN IH.

При этом напряжения Ux и Uisj определяются соотношениями

Ux IH-RX: UN IH RN,

откуда определяется отношение сопротивлений

U2L.

Л UN

RN.

(2)

RX UN

При необходимости устройство можно выполнить так, чтобы отсчет величины сопротивления RX резисторов производился непосредственно по отсчетному устройству

калибратора 1. Например, если принять RN 100 кОм, UN 100 В: 1н 1 мА, то Ux 100 В будет соответствовать RX 100 кОм. Соответственно, Ux 50 В будет соответствовать RX 50 кОс, т.е.

RX (B),

(3)

и отсчет величины RX может производиться по отсчетному устройству калибратора 1 с соответственным масштабным коэффи11иентом.

При определении относительной погрешности А RX/RX резистора 6 RX в соответствии со спецификой прецизионных измерений предполагаются известными его номинальное значение, величина тока 1и, при которой будет производиться измерение, номинальное значение напряжение на измеряемом резисторе б UXH 1нКх. значение сопротивления образцового резистора 11 RN, значение напряжения на образцовом резисторе UN 1нЯы. На первом этапе в положении N производится калибровка КТ 16. Для этого на КН 1 устанавливается напряжейие UN, при котором через резистор RN течет ток 1н UN/RN и КТ 16 регулируется так, чтобы значение тока 1к компенсатора 19 было равным нулю, т.е. 1к 1н - 1к 0; IN IH,- Usb-xN 0.(4) На втором этапе в.положении X на КН 1 устанавливают напряжение UXH и по измерителю выхода 25 отсчитывают напряжение UebiXj i 1 . р/j- i I - выхх - kx г - .- Hj - хИкН UXH-.P RXH - RX . Lt(H .р р ) R KXHг хпхн -w-u. откуда Д RX RX - RN Таким образом, устройство г1озволяет отсчитать в масштабе 1нР относительную погрещностьизмеряемого резистора. Возмржно отказаться от точного уравнивания тока IN IH и тока IK на первом этапе в положении N, а использовать напряжение ивыхЫ (1к- 1и) R в качестве поправки к напряжению ивых. В этом случае /UsbixN /vvxH 1, Л.О-Г /UsbixN I , .pl -( lOR -i- - (-R- + IH)-RJ (-lH)-R-Ub.xN или Usbixx UebixN - Д гГн R Таким образом ARx 1 (.. + Uebix N) -RT T7R в данном случае относительная погрешность сопротивления Д Rx/Rx определяется через сумму выходных напряжений в положениях X и N. Исключение влияния сопротивления потенциальных цепей на результат измерения поясняется фиг.4. Компаратор работает аналогично устройству на фиг.2 с тем отличием, что благодаря коммутации потенциальных цепей коммутатора 32,36 напряжения Ux и UN формируются между потенциальными зажимами 9,10 резистора 6 и 14,15 резистора 11. Коммутаторы потенциальных цепей 32,36 работают синхронно с коммутатором тока 28 образом, что в положении X замкнуты попарно контакты 33-34, 37-38, 29-30, а в положении N - контакты 33-35, 37-39, 29-31. Как следует из фиг.4. где указано соединение цепей для положения X, ни одна из потенциальных цепей (4-33-34-9 и 5-37-38-1Q) не обтекается током и соответственно имеет место четырехзажимное включение резистора 6. Для обеих цепей это следует непосредст-. венно из присоединения потенциальных зажимов 9,10 резистора 6 к потенциальным зажимам 4 и 5 КН 1. Аналогичным образом в положении N имеет место четырехзажимное включение резистора 11. На фиг.1 представлен вариант электрической схемы устройства. Возможны другие варианты электрических соединений, е частности первый вход 20 компенсатора 19, без нарушения сущности изобретения может быть соединен с входом 37 коммутатора 36. В случае необходимости поддерживать стабильный тепловой режим на резисторах возможно, в частности, при равнономиняльных измерен11ях соединять свободный зажим 8 или 13 с общей шиной 40на время присоединения другого зажима к выходу калибратора тока 16. Вследствие присоединения всех электронных устройств компаратора сопротиалеНИИ к общей шине, в нем отсутствуют помехи, снижающие точность измерения. Формула изобретения Компаратор сопротивлений, содержащий четырехзажимный калибратор напряжения, четырехзажимный образцовый резистор, четыре зажима для подключения измеряемого резистора, калибратор тока, первый и вторюй коммутаторы потенциальных цепей, каждый из которых имеет вход и первый и второй выходы и измеритель выхода, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения сопротивления резисторов, в него введены компенсатор тока и коммутатор тока, при этом первый токовый выход калибратора напряжения соединен с первым токовым зажимом образцового резистора и с первым токовым зажимом для подключения измеряемого резистора, второй токовый зажим образцового резистора и второй токовый зажим для подключения измеряемого резистора соединены соответственно с первым и вторым выходом коммутатора тока, вход которого соединен с первым выходом калибратора тока, с первым входом компенсатора тока и через резистор с первым входом измерителя выхода, второй токовый выход калибратора напряжения, вторые выходы калибратора тока, компенсатора тока и вторые входы компенсатора тока и измерителя выхода соединены с общей шиной,

входы первого и второго коммутаторов потенциальных цепей соединены соответственное первым и вторым потенциальными выходами калибратора напряжения, первый и второй выходы первого коммутатора потенциальных цепей соединены соответственно с первым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и с первым потенциальным зажимом образцового резистора, а первый и второй выходы второго коммутатора потенциальных цепей соединены с вторым потенциальным зажимом для подключения измеряемого резистора и вторым потенциальным зажимом образцового резистора.

Использование: в измерительной технике, преимущественно в компараторах сопротивлений высокоомных номиналов. Сущность изобретения: компаратор содержит четырехзажимный калибратор напряжения 1 с двумя токовыми выводами 2,3 идвумя потенциальными выводами 4.5, измеряемый резистор 6 с двумя токовыми зажимами 7,8 и двумя потенциальными зажимами 9,10, образцовый резистор 11 с двумя токовыми зажимами 12,13 и двумя потенциальными зажимами 14.15, калибратор тока 16 с двумя выходами 17,18, компенсатор тока 19 с двумя входами 20,21 и двумя ' выходами 22,23, резистор 24, измеритель выхода 25 с двумя входами 26,27, коммутатор тока 28. с входом 29 и двумя выходами 30,31, два коммутатора потенциальных цепей 32,36, общую шину 40. В устройстве исключается влияние шунтирующей изоляции и помех. 4 ил.^ly^f^) гг \z6.23 г? ]>&^25(Риг.1юON•Ч00о

Л/ IJ ,1,

-LJ

fi