Цифровой омметр Советский патент 1980 года по МПК G01R27/00 G01R17/10 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения абсолютных значений сопротивлений, отклонений значений сопротивлений от первоначального значения и,следовательно, для преобразования сигналов с датчиков сопротивления в цифровой вид. Известны цифровые оммет1 л,содержащие нуль-QpraH, декадные делители напряжения, схемы управления, счетные устройства, коммутаторы fj . Однако при измерении малых сопротивлений или незначительных, приргщеНИИ сопротивлений, например, при измерении температуры при помощи тер морезисторов, они имеют сравнительно невысокую точность, что связано, в основном, с наличием остаточных сопротивлений ключевых схем и значительным изменением их во времени, связанньФ 1 со старением элементов,изменением температуры, напряжений питания и т.д. Указанные отрицательные качества проявляются в большей степени у бесконтактных коммутаторов, обладакхцих наибольшими надежностью и быстродействием. Применение электfi-e,,

-:;п,,. «, ромеханических ключей (реле, герко- нов, шаговых искателей) значительно увеличивает время измерения, и, к тому же, из-за наличия хотя и незначительных (порядка 0,01 Ом) остаточных сопротивлений в открытом состоянии не позволяет создать приборы высокой точности и быстродействия для измерения малых сопротивлений. Нижний предел большинства цифровых омметров, , выпускаемых как в CCCf, так и за рубежом, редко бывает менее одного Ома. Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является цифровой омметр 2 . Это цифровой мост постоянного тока. Омметр содержит мостовую измерительную цепь, плечо сравнения которой - магазин проводимостей с транзисторными ключами, имеющими общую точку с вершиной диагонали питания, источник напряжения питания мостовой цепи, нуль-орган, и вспомогательныетранзисторные ключи. Вспомогательные ключи включены через дополнительные резисторы в цепи управления основных ключей. Общая точка вспомогательных ключей через резистор и дополнительный источник напряжения подсоединена к вершине мостовой измер}1тельной цепи. В исходном состоянии все основные и вспомогагельные ключи находятся в открытом состоянии и все проводимос ти плеча сравнения включены. На переходах коллектор-эмиттер основных ключей остаточное напряжение устанав ливается равным нулю путем регулирования токов базы этих транзисторов. Это позволяет существенно уменьшить влияние остаточных параметров ключей, но не устраняет его полность так как напряжение коллектор-эмиттер основных ключей зависит от целого Бяда факторов, как-то: изменение напряжения питания, величины резисторов в цепях базы, характеристик тран зисторов во времени (старение элементов) или по температуре ведет к возникновению влияния остаточных параметров ключей на точность измерения. Это не только увеличивает погрешность измерения сопротивления, но И делает омметр непригодным для измерения малых сопротивлений без .предварительной его настройки перед каждым измерением, что достаточно трудоемко о Кроме того, омметр содержит удвоенное количество (по сравнению с коммутируемыми резисторами плеча сравнения) ключевых элементов и два дополнительных источника напря жения, то есть является сложным. Целью изобретения является повышеййе точности измерения активных сопротивлений. Указанная цель достигается тем, что в цифровом омметре, содержащем мостовой измерительный блок образованный тремя декадами бЬразцбвШ резисторов, блоки коммутации, блок управления, нуль-орган, источник питания, первый ВЕВСОД источника питания подключен к зажимам для подклю чения измеряемого резистора, а вто,рой выход - через блоки коммутацйи соединен с первой декадой образцовых реэйсторЬв, образующей два п | отйв6 положных плеча мостового блока, вторая декада образцовых резисторов через блок комглутации подключена к одному зажиму для подключения измеряемого резистора, а третья - через блок коммутации соединена со входом нуль-органа, другой выход которого пбдкйочен к другому зажиму для подключения измеряемого резистора, а бЯЬк управления соединен с нуль-орг ном. . Яа чертеже представлена принципи альная цифройого омметра. Схе ма содержит измеряеколй резистор 1, источник 2 двух равных токов с выходами 3, 4, блоки 5, 6 коммутации, первую декаду образцовых резисторов разделенную на половины, включенные в противоположные плечи 7, 8 Niocfo- вбго блока , вторую и третью декады резисторов, включенные в другие про тивоположные плечи 9, 10 мостового

748282 блока, блоки 11, 12 кoм лyтaции,нyльорг.ан 13, блок 14 управления. Каждый из блоков коммутации состо ит из соответствующего числа ключей (электромеханических или электронных) , причем в каждом из блоков коммутации замкнут только один контакт. Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений U и Uj, подаваемых на вход нуль-органа 1 3 . Напряжение U примем равным падению напряжения на измеряемом резисторе:л «X/ - значение первого тока (снигдемаемого с выхода 3) источника 2 двух равных токов; R - сопротивление измеряемого резистора. Напряжение U равно разности потенциалов, снимаемых с блоков 11, 12 коммутации. Мостовой блок запитывается током 1д с выхода 4 источника 2 двух равных токов через замкнутые ключи блоков 5, б коммутации. Причем токи, протекающие по этим нагрузкам, равны между собой, то есть: Ч г Ток 1,-протекая через блоки 5 и б коммутации, разделяется на два тока: 1 и ij, причем ток i протекает через плечо 9 и часть первой декады, образующей плечи 7 и 8 мостового блока, расположённую между включенными ключами блоков 5 и 6 коммутации и крайними выводами декады образцовых резисторов плеча 9. Ток протекает через третью декаду образцовых резисторов плеча 10 и часть первой декады образцовых резисторов, образующей плечи 7 и 8 мостового блока, расположенную между включён-. HbiMH ключами блоков 5 и 6 коммутации и крайними выводами декады образцовых резисторов плеча 10. Блоки 5 и б коммутации управляются блоком 14 управления таким образом, что количество образцовых резисторов первой декады, входящих в плечо 8 мостовогр блока и расположенных между включенным ключом блока б коммутации и крайним выводом декады образцовых резисторов плеча 9,-равно количеству образцовых резисторов первой декгады, взводящих в плечо 7 мостового блока и расположенных между включенными ключом блока 12 коммутации и крайним выводом декады образцовых резисторов плеча 10. Поэтому токи | и i останутся неизменными при любьй состояниях блоков 5 и б коммутации. От состояния блоков 11 и 12 коммутации токи i| и 1 также зависеть не будут, поскольку через замкнутые ключи этих блоков коммутации токи не протекают, -так как их цепь замыкания через входное сопротивление нуль-органа 13. Токи Ij и I будут равны: jN,/2ye,vN,:R, ,/2)R.N,.R,,у Nn NrVNiRs где N. М,- общее число образцовых резисторов, входящих в состав первой (образующей два плеча 7 и 8 моста), второй и третьей декад соответственно. Причем, поскольку пле чи 7 и 8 мостового блока образованы поделенной пополам первой декадой образцовых резисторов, то в каждое из этих плеч входит N /2 образцовых резисторов; R,R и RJ- сопротивления каждого из образцовых резисторов, входящих в состав первой, второй и третьей декад соответственно. В формулах (3) и (4): (N,/2)R,N,R, N,R,N,,Rj Напряжение между выходами блоков 12 и 11 коммутации -в соответствии с (3) и (4) составит: Т 1- ) где п образцовых резисторо входящих в состав части пер вой декады, образующей плеч 8 мостового блока, расположенных между замкнутым ключом блока б коммутации и де кадой образцовых резисторо плеча 9 (такое же число п| образцовых резисторов заклю чено между замкнутым ключом блока 5 коммутации и декадой образцовых резисторов плеча 10); число образцовых резисторов второй декады резисторов пл ча 9, заключенных между включенным ключом блока 11 коммутации и плечом 7 мосто вого блока; Число образцовых резисторов третьей декады плеча 10,заключенных между . включенным ключом блока 12 коммутации и плечом 7 мостового блока. Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений U «« и. Из этого условия, учитывая (1), (2) и (6), получим: ) Выражение (7) показывает, что значение сопротивления измеряемого fifi;f i & яi $ lK .,,.

748282 резистора однозначно определяется количеством, п, п и п включенных образцовых резисторов в каждой из трех декад образцовых резисторов. Первым преимуществом рассматриваемого устройства по сравнению с известными техническими решениями является отсутствие погрешностей,вызванных остаточными сопротивлениями блоков коммутации, так как для применяемого в схеме цифрового омметра источника двух равных токов изменение в цепи одного из токов нагрузочного, сопротивления не нарушает равенства токов, а приводит лишь к изменению jix Г5солютных зj aчeний. Поэтому остатоСныё соп1рЬти§ленияков коммутации, изменяя абсолютные значения токов t не нарушают их равенства, а следовательно уравнение (7) остается в силе при любых значениях остаточных сопротивлений блоков коммутации. В уравнение (7) не входят значения падений напряжения на остаточных сопротивлениях блоков 5 и 6 коммутации, так как они находятся за пределами контура уравновешивания напряжений U и U,j и включены в цепь токов. Остаточные сопротивления блоков 11 и 12 коммутации также не влияют на результат измерения, так как через эти остаточные сопротивления в уравновешенной схеме ток не протекает, следовательно, падение напряжений на Н1Йс равно нулю, В уравновешенной схеме равен нулю ток, протекающий по проводу, соединяющему измеряемый резистор 1 с блоком 11 коммутации, и по проводу,соединяющему измеряемый резистор 1 со входом нуль-органа 13. Следовательно, падение напряжения на этих проводах равно нулю и результат измерения не забисит от их сопротивления, эти провода являются потенциальными. Не зависит результат измерения и от сопротивлений проводов, соединяющих измеряемый резистор 1 с. выходом 3 источника 2 двух равных токов (токовые провода), так как падение напряжения на этих проводах не входит в контур уравновешивания напряжений } и U, а изменение тока I, вызванное изменением сопротивлений этих проводов,, не влияет- на результат измерения в связи с тем, что равенство токов I и при этом не нарушается. В данном цифровом омметре снижаются тре бования к параметрам ключей устройств коммутации, которые могут иметь значительные сопротивления в открытом состоянии,то есть представляется возможность использовать надежные, де иевые и быстродействующие ключи на полупроводниковых приборах без увеличения погрешности измерений сопротивлений. ..frmti Г-- - -- ----: -: - - --- --.-.-- sr:.---,....-ir.iiSeiiteiti