Цифровой мегомметр Советский патент 1981 года по МПК G01R27/00 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения значенийвысокоомных резисторов, сопротивлений изоляции и сопротивлений утечки конденсаторов.

Известны устройства для измерения высокоомных сопротивлений, основанные на использовании источников малых токов 1.

Однако трудность построения таких источников ограничивает область применения этих устройств.

Известен цифровой тераомметр с использованием интегратора малых токов построенного на электрометрическом усилителе 2.

Недостатками этого устройства являются высокие требования к электрометрическому усилителю по входному сопротивлению и дрейфу нуля, а также низкая помехоустойчивость. Кроме того, оно имеет низкое быстродействие, Т9К как время измерения его зависит от значения измеряемого резистора.

С целью повышения быстродействия в цифровой мегометр, содержащий источник опорного напряжения, выходом подключенный к первому выводу измеряемого резистора, счетчик импульсов

триггер, ключ, управляющий вход которого подключен к выходу триггера, а выход соединен со входом счетчика импульсов, переключатель и усилитель, введены делитель напряжения, опорный конденсатор и резистор, генератор, амплитудный детектор, преобразователь напряжение - частота, второй перек.гаочатель и конденсатор, причем

0 вход делителя напряжения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход генераторао подключен к ъходу второго переключателя,вхйЯ амплитудного детектора соединен с выхо5дом усилителя,один из входов преобразователя напряжения - частота подключен к выходу делители напряжения,а выход-к входу ключа, первые выводы опорного конденсатора, резистора и

0 конденсатора подключены к земляной шине, другой вывод конденсатора и другой вывод измеряемого резистора подключены к первому выходу первого переключателя, вход которого подклю5чен к второму выводу опорного конденсатора, управлякидий вход подключен к выходу триггера, а второй выход соединен с входом второго переключателя, первый выход которого соединен

0 с выходом ги лплитудного детектора и,

с другим входом преобразователя напряжение - частота, причем второй выход второго переключателя подключен к входу усилителя и второму выводу резистора.

На чертеже изображена структурная электрическая схема предлагаемого цифрового мегомметра.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, выход которого подключен к первому выводу измеряемого резистора 2, делитель 3 напряжения, генератор 4, триггер 5, переключатели 6 и 7, конденсатор 8, опорный конденсатор 9, усилитель 10, резистор 11, амплитудный детектор 12, преобразователь 13 напряжение - частота, ключ 14, управляющий вход которого подключен к выходу триггера 5, а выход - к входу счетчика 15 импульсов. Каждый переключатель б и 7 имеет вход, управляющий вход, первый выход и второй выход.

Цифровой мегомметр работает следующим образом.

Выходной стигнал генератора 4, представляющий собой прямоугольные знакопеременные импульсы, управляет переключателем б. Триггер 5 осуществляет деление на две частоты выходного сигнала генератора 4. Выходной сигнал триггера 5 управляет переключателем 7.

В первый полупериод выходного сигнала триггера 5 опорный конденсатор 9 посредством переключателя 7 подключается параллельно конденсатору 8, при этом опорный конденсатор 9 заряжается до напряжения Uc ° второй полупериод выходного сигнала триггера 5 опорный конденсатор 9 посредств ом переключателя 7 подключается к входу переключателя 6, а. при помощи последнего - к входу усилителя 10, причем опорный конденсато 9 разряжается на резисторе 11, и импульс напряжения, возникающий при разряде опорного конденсатора 9 и имеющий амплитуду Uc, усиливается усилителем 10, коэффициент усиления которого равен А . Амплитуда выходного напряжения усилителя 10 (Ugy - Uf-A) фиксируется амплитудным детектором 12 .

В следующий полупериод выходного сигнала генератора 4 вход переключателя 7 остается подключенным к его второму выходу, а опорный конденсатор 9 переключателем 6 подключается к вЕлходу амплитудного детектора 12 и заряжается до напряженияUgbiy.

В следующий полупериод выходного сигнала триггера 5 опорный конденсатор 9 переключателем 7 подключается параллельно конденсатору 8, при этом происходит перераспределение зарядов конденсатора 8 и опорного конденсатора 9. Далее цикл повторяется.

В установившемся режиме работы баланс зарядов емкостей конденсатора 8 и опорного конденсатора 9 за период следования импульсов с выхода триггера 5 определяется как

.foVUBb,xCo-- To() Со

де

-емкость опорного конденсатора 9;

-период следования импульсов с выхода триггера

5;

UQ-UC

3 --ток, текущий через измеRyряемый резистор 2;

у - сопротивление измеряемого резистора; и о - выходное напряжение источника 1 опорного напряжения.

Из уравнения (I) напряжение U- опеделяется как

UnT,

О -с )VTo

Очевидно, что при достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 10 напряжение UQ весьма мало. Значение измеряемого сопротивления выражается как

р - JpTo

Выходное напряжениеКио делителя 3 напряжения и напряжения Ощ,, с выхода амплитудного детектора 12 поступает на входы преобразователя 13 напряжение - частота. Частота выходного сигнала последнего определяется отношением входных напряжений

частота выходного сигнала; К - коэффициент передачи делителя напряжения 3; К-( - коэффициент преобразования

преобразователя 13. Импульсы этой часУоты поступают на вход ключа 14, который управляется выходным сигналом триггера 5. Число импульсов NX прошедцих через ключ 14 за период выходного сигнала триггера 5, записывается в счетчик 15 импульсов и равно

NxTof,, ,,

при этом исключается влияние нестабильности частоты выходного сигнала генератора 4 на результат измерения.

Очевидно, что значение емкости С конденсатора 8 не влияет на результат преобразования. Значение напря жения с выхода источника 1 опорного напряжения не входит в уравнение преобразования (II) , поэтому напря жениеио может быть высоковольтным, причем к стабильности его значения требований не предъявляется. Влияние паразитной емкости, шунтирующей измеряемый резистор, устранено. Это достигается тем, что к измеряемому резистору 2 прикладывается постоянное напряжение UQ - О , причем напряжение UG близко к нулю. Влияние паразитных утечек конден сатора 8, опорного конденсатора 9, а также переключателя 7 в значитель ной степени снижается за счет перио дической компенсации напряжения кон денсатора 8, что делает возможным реализацию предлагаемого устройства не бесконтактных переключателях. Предлагаемое устройство обладает высокой помехоустойчивостью вслед ствие применения частотно-импульсно го метода преобразования, причем при выборе периода TO кратным периоду помехи7 помехоустойчивость возрастает. В цифровом мегомметре исключена необходимость использования электри ческих усилителей. Усилитель 10 является усилителем переменного тока, причем к его входному сопротивлению не предъявляется жестких требований Быстродействие устройства определяется временем накопления компенсируемого заряда Uв,|x Со TO(JO(RX)H в малой степени зависит от значения сопротивления измеряемого резистора 2, так как работоспособность схемы н критична к значению емкости опорного конденсатора 9. При использовании в качестве преобразователя 13 напряжение - частота преобразователя низкого уровня напряжения быстродействие устройства на несколько порядков выше быстродействия прототипа, в котором время измерения более 10 с. Прибор позволяет измерять значения высокоомных резисторов и сопротивлений изоляции в диапазоне 10-10 Ом с погрешностью не хуже 0,5% и независимо от значений паразитных емкостей, шунтирующих измеряемое сопротивление. Формула изобретения Цифровой мегомметр, содержащий источник опорного напряжения, выходом подключенный к первому выводу измеряемого резистора, счетчик импульсов, триггер, ключ, управляющий вход которого подключен к выходу триггера, а выход соединен с входом счетчика импульсов, переключатель и усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены делитель напряжения, опорный конденсатор и резистор, генератор, амплитудннй детектор, преобразователь напряжение - частота, второй переключатель и конденсатор, причем вход делителя напряжения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход генератора подключен к входу триггера и управляющему входу второго переключателя, вход амплитудного детектора соединен с выходом усилителя, один из входов преобразователя напряжение - частота подключен к выходу делителя напряжения, а выход - к входу ключа, первые выводы опорного конденсатора, резистора и конденсатора подключены к земляной шине, другой вывод конденсатора и другой вывод измеряемого резистора подключены к первому выходу первого переключателя, вход которого подключен к второму выводу опорного конденсатора,-управляющий вход подключен к выходу триггера, а второй выход соединен с входом второго переключателя, первый выход которого соединен с выходом амплитудного детек тора и с другим входом преобразователя напряжение - частота, причем второй выход второго переключа- еля подключен к входу усилителя и второму выводу резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Иллюкович A.M. Измерение больших сопротивлений. М., Энергия, 1971. 2.Карлащук В.И., Купряхин В.И. Цифровой тераомметр - электрометр.- Приборы и техника эксперимента , № 3, 1973, с. 150-152 (прототип).