Делитель напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M3/06 G01R15/04 G01R35/00 

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано при изготовлении устройств, предназначенных для поверки и калибровки (градуировки) электроизмерительных приборов постоянного тока (такие устройства получили название калибраторов).

Известен делитель напряжения для калибратора постоянного напряжения и тока, содержащий две декады из последовательно соединенных резисторов, вспомогательный делитель напряжения и четыре переключателя, неподвижные контакты которых соединены с резисторами упомянутых декад, подвижные контакты первого и второго переключателей соединены с выходом вспомогательного делителя, подвижные контакты третьего и четвертого переключателей соединены с выходными зажимами делителя, а входные зажимы вспомогательного делителя являются одновременно входом всего делителя напряжения; при этом упомянутые декады предназначены для деления опорного напряжения на требуемое число частей, равное числу отметок шкалы поверяемого (градуируемого) прибора, а вспомогательный делитель - для получения пределов опорного напряжения, т. е. для приведения входного напряжения делителя it/вх.о к необходимому номинальному уровню его выходного напряжения

t/Bblx.O 1.

Недостатком известного делителя является низкое входное (вх) и высокое выходное (.вых) сопротивление: в реальных устройствах 3-5 Ом, 1 вы -150- 200 Ом. Это приводит к необходимости иметь в калибраторе сложный опорный источник напряжения (ОИН) с низким

10 значением выходного сопротивления (,,2-0,3 Ом), обычно выполняемый в виде компенсационного стабилизатора напряжения. Этот недостаток обусловлен структурой известного делителя, в котором упомянутые декады и вспомогательный делитель напряжения включены параллельно. В то же время увеличение входного сопротивления известного делителя невозможно, так как при этом одновременно увеличивается его выходное сопротивление, что приводит к увеличению погрешности (она не должна превышать сотых долей процента) из-за увеличения падения напряжения на вых, связанного

25 с током некомпенсации усилителя мощности, подключенного к выходным зажимам делителя.

Другой недостаток известного делителя - невозможность получения непрерыв30 ного ряда значений коэффициента деления 3 (т. е. отметок шкалы поверяемого прибора). Этот недостаток также связан со структурой делителя и объясняется налнчием в «младшей декаде резисторов, которые (при значениях коэффициента деления, не кратных десяти) не обтекаются током и на которых, следовательно, отсутствует падение напряжения. Указанный недостаток особенно существенен в тех случаях, когда делитель используется нри автоматической поверке и градуировке электроизмерительных приборов и нужно иметь все точки (отметки шкалы). Еще один недостаток известного делителя - невозможность компенсации погрешности, обусловленной конечной величиной Ri, при изменении коэффициента деления. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является делитель напряжения, содержащий две декады из последовательно соединенных резисторов и четыре переключателя, неподвижные контакты которых соединены с резисторами упомянутых декад, подвижные контакты первого и второго переключателей соединены с входными зажимами делителя, а подвижные контакты третьего и четвертого переключателей - с его выходными зажимами 2. Недостаток этого делителя - невозможность получения непрерывного ряда значеНИИ коэффициента деления, что, как ив случае делителя 1, объясняется наличием резисторов, которые не обтекаются током. Другой недостаток - невозможность компенсации погрешности из-за конечной величины Ri при изменении коэффициента деления. Еще один недостаток- невозможность приведения напряжения вх.о к уровню f/Bbii.o вх.оЦель изобретения - устранение указанных недостатков известного делителя - достигается благодаря тому, что делитель напряжения, преимущественно для калибратора постоянного напряжения и тока, содержащий первую п вторую декады из последовательно соединенных резисторов, четыре переключателя, неподвижные контакты первого н второго из которых соединены соответственно с резисторами первой и второй декад, а подвижные - с входными зажимами делителя, снабжен третьей н четвертой декадами резисторов, соединенных последовательно между собой и с резисторами первой и второй декад, неподвижные контакты третьего и четвертого переключателей соединены соответственно с резисторами третьей и четвертой декад, а их подвижные контакты - с выходными зажимами делителя, причем отношение сопротивления каждого из резисторов первой декады к величине сопротивления каждого из резисторов третьей декады, а также отношение сопротивлении резисторов второй и четвертой декад выбрано рав-6 4 ным отношению входного напряжения делителя к выходному. На фиг. 1 показаны два варианта структурной схемы предлагаемого делителя, на фиг. 2 - пример принципиальной схемы, на фиг. 3 - структурная схема калибратора постоянного напряжения и тока с предлагаемым делителем, Делитель содержит: блок 1 для получения пределов опорного напряжения (т. е. для приведения входного напряжения делителя к необходимому нот минальному уровню выходного напряжения), состоящий из первой 2 и второй 3 декад из последовательно соединенных резисторов - соответственно 2, 2, ..., 2 и 3, 3, ..., 3™, причем каждая из этих декад включена по схеме переменного сопротивления (количество резисторов этих декад в общей последовательной цепи изменяется с изменением числа отметок шкалы поверяемого или градуируемого прибора, включенного на выходе калибратора); включенный последовательно с блоком 1 блок 4 для деления опорного напряжения на требуемое число частей, равное числу отметок щкалы поверяемого прибора, состоящий из третьей 5 и четвертой 6 декад резисторов, соединенных последовательно между собой и с резисторами декад 2, 3; декада 5 содержит резисторы 5, 5, ..., 5, а декада 6 - резисторы 6, 6, ..., 6™, причем каждая из этих декад включена по схеме потенциометра (количество резисторов этих декад в общей последовательной цепи неизменно). Число резисторов в декадах 2, 5 и 3, 6 соответственно одинаково; четыре переключателя 7-10, неподвижные контакты первого 7 и второго 8 из которых соединены соответственно с резисторами первой 2 н второй 3 декад, а третьего 9 и четвертого 10 - с резисторами третьей 5 и четвертой 6 декад, подвижные контакты переключателей 9 и 10 соединены с выходными зажимами 11 делителя, а переключателей 7 и 8 - с входными зажимами 12 делителя (бдин из входных зажимов может соединяться со свободным зажимом блока 4, как показано на фиг. 1,6, нри этом подвижный контакт переключателя 8 соединяется со свободным зажимом блока 1). В любой схеме фиг. 1 декады 2 и 3, 4 н 5 можно соответственно поменять местами, т. е. порядок включения этих декад может быть таким: 2-5-6-3, 2-6-5-3 (фиг. 1,а), 2-3-5-6, 3-2-5-6 (фиг. 1,6) и т. д. Сопротивления резисторов выбраны из соотношений: р (р - Ю СП ( i) U) /,(5 -,). зхО/ /выхО, (2) где f/вх.о и t/вых.о - номинальные значения соответственно входного и выходного напряжения делителя. Так как выходное напряжение делителя определяется отношением количества резисторов декад 5 и 6, подключенных к выходным зажимам делителя И, к общему количеству резисторов всех четырех декад, подключенных к входным зажимам 12, то- с учетом соотношения (2)-получим: /вых вь,..0/(С+1), где C f/Bwi.o/f/Bi.o. В реальных устройствах , поэтому .o с большой степенью точности. В качестве примера на фиг. 2 показана принципиальная схема делителя, соответствующая структурной схеме фиг. ,а, позволяющая делить опорйое напряжение на равное число частей К, причем К может изменяться от 1 до 150. Первая («старшая) декада 2 содержит 15 резисторов, причем сопротивления резисторов одинаковы и составляют кОм, а сопротивление резистора 2 уменьшено приблизительно на 0,3% с учетом конечного значения внутреннего сопротивления ОИН ( Ом). Это позволяет обеспечить постоянное значение выходного тока и соответственно выходного напряжения i/вых.о делителя с погрещностью не более 0,05% при любом коэффициенте деления опорного напряжения. (В известных делителях такой возможности нет, так как резистор 2 включен одновременно и в выходную цепь, поэтому уменьщенне его сопротивления приводит к уменьшению выходного напряжения, и погрещность сохраняется прежней). Вторая («младшая) декада 3 содержит 10 резисторов 3 ... 3, сопротивление каждого из которых ,1 Ом. Третья декада 5 содержит 15 резисторов , сопротивление каждого из которых ,44 Ом, а четвертая декада-10 резисторов с сопротивлением RQ 0,.444 Ом. При номинальном значении входного напряжения f/Bx. В (ОИН - параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне) {/вых.о 20 мВ, что следует из соотношения (2). Предлагаемый делитель включается в схему калибратора постоянного напряжения и тока (фиг. 3), содержащего ОИН 13 в виде параметрического стабилизатора, создающего опорное напряжение 1/вх.о на входных зажимах 12 делителя, и усилитель мощности 14, входная цепь которого соединяется с выходными зажимами 11 делителя. .К выходным зажимам усилителя 14 подключается поверяемый или градуируемый прибор 15. На фиг. 3 также обозначены: i - внутреннее сопротивление параметрического /дч стабилизатора (на его эквивалентной схеме), /д - ток делителя, /пк и Ry - входной ток (ток некомпенсацни) и входное сопротивление усилителя мощности. Остальные обозначения те же, что на фиг. 1 и 2. Предлагаемый делитель работает следующим образом. Подвижные контакты переключателей 7 и 8 устанавливают в положение, соответствующее количеству поверяемых (градуируемых) отметок щкалы прибора 15. Подвижные контакты переключателей 9 и 10 устанавливают в положение, соответствующее поверяемой (градуируемой) отметке шкалы. Рассмотрим конкретные примеры. Пусть необходимо поверить прибор с пределом измерения . мВ и количеством отметок шкалы Л 150. В этом случае переключатель 7 устанавливают в положение «150 (фиг. 2), переключатели 8, 9, 10 - в положение «О. Переводя переключатель 10 в положения «1, «2, ..., «10, получают первые десять отметок. Затем устанавливают переключатель 9 в положение «1 и с помощью переключателя 10 получают отметки с 11-й по 20-ю (при этом переключатель 10 вновь «пробегает положения «О, «1, ..., «10). Переключатель 9 устанавливают в положение «2, переключателем 10 получают отметки с 21-й по 30-ю и т. д. Если C/n 20 мВ и А 65 (прибор с 60-ю номинальными и 5-ю «перегрузочными делениями на шкале), то переключатели 7 и 8 устанавливают соответственно в положения «6 и «5 (как показано на фиг. 2), а переключателями 9 и 10 работают, как в предыдущем случае; в частности, положение этих переключателей, показанное на фиг. 2, соответствует 55-й поверяемой отметке. Таким образом, предлагаемый делитель позволяет получить непрерывный ряд значений коэффициента деления (отметок шкалы), обеспечивает приведение напряженин t/вх.о к уровню f/вых.о и компенсацию погрешности, обусловленной конечной величиной Ri. Кроме того, по сравнению с известным делителем 2 он обеспечивает примерно вдвое большее количество значений коэффициента деления (более точно это соотношение составляет 2/См/ (), где п + п - максимальный коэффициент деления). Так, при Км 150 делитель по заявке обеспечивает 22 500 значений коэффициента деления, известный делитель - только 10650. При нспользованни делителя не в калибраторе, а в других устройствах, где необходимо делить напряжение, это преимущество имеет большое значение. Еще одно преимущество предлагаемого делителя - больщое входное сопротивле

ние, что позволяет использовать в калибраторе без увелпчения погрешности простой параметрический ОИН с большим внутренним сопротивлением.

Формула изобретения

Делитель напряжения, преимущественно для калибратора постоянного напряжения и тока, содержаш,ий первую и вторую декады из последовательно соединенных резисторов, четыре переключателя, неподвижные контакты первого и второго из которых соединены соответственно с резисторами первой и второй декад, а подвижные- со входными зажимами делителя, отличаюш;ийся тем, что, с целью получения непрерывного ряда значений коэффициента деления, он снабжен третьей и четвертой декадами резисторов, соединенных последовательно между собой и с резисторами первой и второй декад, неподвижные контакты третьего и четвертого переключателей соединены соответственно с резисторами третьей и четвертой декад, а их подвижные контакты - с выходными зажимами делителя, причем отиошение сопротивления каждого из резисторов первой декады к величине сопротивления каждого из резисторов третьей декады,

а также отношение сопротивлений резисторов второй и четвертой декад выбрано равным отношению входного напряжения делителя к выходному.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 277090, кл. G 01 R 35/00, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР № 257608, кл. G 01 R 35/00, 1968 (прототип).

° ВО „so ,/tf „дО JO JO

I-I-M ID-KZ 4 4 J4ZI -MIID-1

2s2 Z 2 Z 2

„0- „r „2 „3- ., Л

/2

-i- -il - -i - M-m T-4zzHчпзЛ

G6 6 6 6