Способ контроля погрешностей двоичных делителей напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в производстве двоичных делителей напряжения на этапе технологического и финишного контроля их точностных параметров.

Целью изобретения является повышение точности контроля двоичных делителей напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - выполнение коммутатора.. .

Устройство содержит источник ;1 опорного напряжения, опорный делитель 2 напряжения, измерительный блок 3. первый, второй и третий коммутаторы 4, 5, 6, блок 7 двухпозиционных переключателей, блок 8 управления и клеммы 9 (9,0-9.п+1) подключения контролируемого делителя 10 типа R- 2R.

Коммутатор 4 может быть реализован на двух мультиплексорах 11, 12 аналоговых сигналов, коммутирующих (п+1) цепь контролируемого делителя R-2R.

Опорный делитель 2 напряжения и скоммутйрованный соответствующим образом контролируемый делитель 10 образуют мостовую схему с диагональю, связанной с клеммой 9.0 подключения контролируемого делителя и со средней точкой опорного делителя 2.

Управляющие контакты блока 7 двухпозиционных переключателей соединены с первым выходом блока 8 управления, а выводы источника 1 опорного напряжения подключены к выходам первого коммутатора 4. Входы измерительного блока 3 подключены к выходам второго и третьего

XJ

00

2

со

коммутаторов 5 и 6 потенциальных выходов моста. Управляющие входы коммутаторов 5 и 6 соединены с вторым m-разрядным выходом блока В управления и управляющим т- разрядным. входом коммутатора 4, аналоговый многоразрядный вход которого соединен с клеммами.9.1-9.rt+1 подключения контролируемого делителя 10. Первая клемма 9.0 подключения контролируемого делителя 10 соединена с первым аналоговым входом второго коммутатора 5 потенци- альйых выходов, аналоговые входы третьего коммутатора б потенциальных выходов подключены к выводам опорного делителя 2, плечи которого соединены с подвижными контактами блока 7 двухпозиционных переключателей, первые неподвижные контакты которых подключены к отрицательному полюсу источника 1 опорного напряжения, а вторые - к положительному полюсу источника 1.

Предложенный способ реализуется следующим образом. При контроле соответствующего разряда делителя 10 типа R-2R при помощи первого коммутатора 4 образуется элементарный равноплечий (квазиравноплечий) делитель напряжения с сопротивлениями плеч - 2R.

Используя законы Кирхгофа и очевидные соотношения, можно записать

Кх Кн+ ДКх,(1) Ко Кн Л Ко,

где Кн - номинальное значение коэффициента деления контролируемого делителя (опорного делителя);

Кх - значение коэффициента деления контролируемого делителя;

Ко - значение коэффициента деления опорного делителя;

ДКх - абсолютное значение отклонения коэффициента деления контролируемого делителя от номинального значения (погрешность коэффициента деления);

А Ко - абсолютное значение отклонения коэффициента деления опорного делителя от номинального значения. ,

Пусть Uxi, UX2, U01, Uo2 - падения напряжения на подводящих цепях к непосредственно контролируемому (UX1 UX2) и опорному (Uoi, Uo2) делителям, A Ui, A U4 - напряжения на главной диагонали моста., A U2. А Кз - напряжения в диагоналях, образованных сопротивлениями цепей подключения делителей, Е - напряжение источника 1 опорного напряжения, Е0, Ех - падения напряжения соответственно на опорном и контролируемом делителях. Очевидны и следующие уравнения: Ex E-Uxi-Ux2,(2)

Eo-E-Uoi-.Uo2.(3) AUl ExKx+Ux2 FoK0-Uo2 (4) Вычитая из (3) выражение (2), получим: Ео- Ех AU3- AU2 (5) Затем, подставляя в (4) из (1) и (5), получим зависимость .погрешности коэффициента деления контролируемого делителя для одного из состояний блока 7 двухпозиционных переключателей: -.. -.

л AU-1 -AU2 -Кн-(1 -Кн ДИз,

Д IS; ----------:--------- ---i------:--------- +

5

+

tx

0

0

(6)

Отличие (6) от конечного выражения согласно известному способу (фактически приближенного), где слагаемые числителя по сути бесконечно малые приращения по сравнению со знаменателем, как и в выражении (6), составляет величину второго порядка малости.

После установки двухпозиционных переключателей блока 7 в противоположное положение напряжение, измеренное измё- рительным блоком 3 (вольтметром) в диагонали моста, можно определить на этом этапе как

A U4 - Ех Кх + Ux2 - Ео (1-Ко) - Uo2, (7) где AU4 - напряжение в диагонали моста

5

после переключения плеч опорного делителя 2.

При выводе принимается, что положительный полюс подключения вольтметра 3 находится со стороны контролируемого делителя (см.фиг. 1).

(8)

Ех+Ео 2Ео + AU2- А

Раскрыв выражение (7) и подставив значения (1) и (8), получим:

дк - А1М-(1 -Кн)-ДЦз-Кн -AU2 + + ()|2-J

Ex А Кг

(9)

Суммируя выражения (6) и (9) и заменив. Ео на Ео Ex - AU2 t А Уз. получили

А1/ AUi + AU4 -AU2-AU3 , А Кх ---------тгс-------- +

ЦХ

+ (2 -К«) .00).

С учетом того, что для двоичного дели- теля напряжения R-2R можно образовать элементарный двоичный делитель с Кн 1 /2 для любого контролируемого разряда, и введя ошибку второго порядка малости, заме- нир Ех на Е, последняя формула приобретает в-ид:

А г /оч- AU1 + AU4-AU2 -А-ЦЗ

ДКХ (1/2)--------2 Ё-------

(11)

Таким образом, для исключения погрешностей подводящих цепей достаточно выполнить четыре измерения и абсолютную величину погрешности коэффициента деления определить по формуле (11).

Устройство, реализующее напряженный способ и выполненное согласно схеме на фиг.1, работает следующим образом.

С блока 8 управления на коммутатор 4 подается управляющий сигнал, устанавливающий мультиплексоры 11, 12 аналоговых сигналов в состояние, когда одним плечом элементарного делителя, образованного из секций контролируемого делителя. 10, становится i-разрядный резистор - 2R, а другим - совокупное сопротивление, образованное объединением всех остальных i+1, i+2 ...,п, п+1 разрядных выводов. При этом разряды старше Ьго (менее высокого порядка) остаются отключенными, выход же образованного элементарного делителя потенциально подключается (на очень высокое входное сопротивление) к первому входу второго коммутатора 5 потенциальных выводов. Затем с блока 8 управления поступает сигнал на управляющие входы коммутаторов 5 ,6 потенциальных выходов, который устанавливает указанные коммутаторы в положение, когда на вход измерительного блока 3 поступает напряжение A LH. Измерительный блок 3, имеющий цифровой вольтметр на входе, производит измерение и запоминает его результат. Далее коммутаторы 5, б потенциальных выходов устанавливаются для снятия показаний AU2 и Д Уз. Затем с блока 8 управления подается сигнал на блок 7 двухпозиционных переключателей, устанавливающий подвижные контакты его переключателейв состояние, противоположное первоначальному. После этого, как и в предыдущем случае, производится измерение напряжения А 1)4. На основании зафиксированных результатов измерений AUi-A LM рассчитывается погрешность элементарных делителей напряжения

4 Кх (-к ) по формуле(11)

Ј. . .

Затем вычисляется суммарная погрешность коэффициента деления двоичного делителя R-2R по формуле:

Ј 2 1 ЛКх(1/2)1 -- (12)

А Kj

i 1

Одним из наиболее важных преимуществ предлагаемого способа по сравнению с известным является отсутствие в результате измерения составляющей погрешности опорного делителя напряжения.

Дополнительной возможностью является использование способа для многдпосто- вого контроля с одним опорным делителем напряжения, при этом погрешность измерения не зависит от количества постов. Формула изобретения

1. Способ контроля погрешностей двоичных делителей напряжения, включающий измерение напряжения разбаланса моста, образованного контролируемым и опорным делителями, измерение напряжений между

точками подключения контролируемого и опорного делителей к одноименным полюсам источника питания и определение значения погрешности коэффициента деления контролируемого делителя по значениям

измеренных напряжений, отличаю щи й- с я тем, что, с целью повышения точности контроля, производят переключение плеч опорного делителя, измеряют напряжение разбаланса моста, а значение погрешности

коэффициента деления контролируемого делителя определяют из выражения

... A Ui - A U2 - A U3 + А 1)4 дк ------- ------,

где А К-погрешность коэффициента деления контролируемого делителя;

A Ui, AU/i - значения напряжений разбаланса моста, измеренных соответственно до и после переключения плеч опорного делителя;

AU2, А Цу - значения напряжений между точками подключения контролируемого и опорного делителей к одноименным

полюсам источника питания;

Е - напряжение источника питания. 2. Устройство для контроля погрешностей двоичных делителей напряжения, содержащее источник опорного напряжения,

измерительный блок, блок управления, блок двухпозиционных переключателей, управляющие входы которого соединены с первым выходом блока управления, первый коммутатор, первый и второй выходы которого подключены раздельно к первому и второму выводам источника опорного напряжения,, клеммы для подключения контролируемого делителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство введены второй и третий коммутаторы и опорный делитель напряжения, выходы второго и третьего коммутаторов подключены соответственно к первому и второму входам измерительного блока, объединенные управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов соединены с вторым выходом блока управления, первый, второй и третий входы третьего коммутатора соединены соответственно с первым, вторым и третьим выводами опорного делителя напряжения, первый и третий выводы которого соединены раздельно с первым и вторым выходами блока двухпозиционных переключателей, первый

и второй входы которого соединены раздельно с первым и вторым выводами источника опорного напряжения, входы первого коммутатора с первого по (п+1)-й соединены

соответственно с клеммами для подключения контролируемого делителя с второй по (п+2)-ю, входы второго коммутатора с первого по (п+2)-й соединены соответственно с клеммами для подключения контролируемого делителя с первой по (п+2)-ю.

Изобретение может быть использовано в производстве двоичных делителей напряжения для контроля их погрешностей на этапах технологического и финишного контроля. Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего источник опорного напряжения, опорный делитель напряжения, измерительный блок, коммутаторы, блок двухпозиционных переключателей, блок управления, клеммы для подключения контролируемого делители типа R-2R. Измеряют напряжение разбаланса моста, образованного опорным и контролируемым делителями, измеряют напряжения между точками подключения делителей к одноименным полюсам источника. Дополнительное измерение напряжения разбаланса моста, образованного делителями после переключения плеч опорного делителя, позволяет повысить точность контроля погрешности контролируемого делителя. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. (Л

, . .