Устройство для измерения сопротивления Советский патент 1980 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения активных сопротивлений, а также для изме- 5 рения физических величин с помощью датчиков, выходнымпаре1метром которых является сопротивление, таких как, например термометр сопротивления.

Известно устройство для измерения |Q сопротивления, содержащее измеряемое сопротивление, конденсатор, подключенный к источнику постоянного напряжения и разряжаемый на измеряемое сопротивление, и измерительный при- |j бор 1.

Однако известное устройство требует применения стабильного источника напряжения и обладает низкой точностью измерения,так как на погреш- 2Q ность измерения сопротивления оказывают влияние нестабильность элементов, преобразующих время разряда конденсатора в злектрический сигнал.

Наиболее близким по технической 25 сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения сопротивления, выполненное по дифференциальной схеме и содержащее измеряемое и эталонное сопротивле- JQ

ние, параллельно соединенные с ними конденсаторы, источник напряжения, подключенньой к конденсаторам через ключевые элементы, нуль-индикатор l2j.

Однако известное устройство обладает малым динамическим диапазоном измерения и не может быть использовано для измерения низкоомных сопротивлений с малыми приращениями и при измерении температуры с помощью термометров сопротивления. Использование в качестве индикатора измеряемого сопротивления магазина сопротивлений крайне неудобно и не позволяет автоматизировать процесс измерения. Устройство ненадежно в работе, обладает малымбыстродействием и не согласуется при дальнейшей обработке информации с ЭВМ,

Цель предлагаемого изобретения - расширение дина шческого диапазона измерения.

Цель достигается тем, .что в устройство для измерения сопротивления, содержащее эталонное сопротивление, параллельно соединенные с ним конденсаторы, источник напряжения, подключенный к конденсаторам через ключевые элементы и коммутатор введены

781709 фбр мйрователь импульсов, преобразователь длительности импульса в код, счетчик импульсов и индикатор, пр ичем оба конденсатора подключены чё.реэ,ключевые элементы параллельно входам формирователя импульсов, выход которого подключен ко входу индикатора через последовательно соединённые преобразователь длительности импульса в код и счетчик импульсов. При этом формировательимпульса содержит два нуль-органа, инвертор и первый элемент совпадения, а преоб разШатель длительности импульса в код содержит генератор импульсов и второй элемент совпадения,, причем выходы нуль-органов подключены к вх дам первого элемента совпадения непосредственно и через инвертор, входы нуль-органов соединены . ме ду собой, а к однбму из входов второ; гр элемента совпадения подклк чен генератор импульсов. Введение вышеуказанных элементов связей поЭвЬля4т расширить динамичес кий диапазон устройства в сторону низкоомных сопротивлений, автоматизи ровать процесс измерения сопротивления, представить информацию в цифровом виде, увеличить быстродействие. На фиг. 1 представлена.схема устройства для измерения сопротивления на фиг. 2 - эпюры напряжений, пояс. няющие его работу. Устройство содержит ИЭмёрЙёМбё со противление, например| термометр 1 сопротивления, эталонное сопротивле ние 2, конденсаторы 3 и 4, ключи 510, источник 11 напряжения, коммутатор 12, формирователь 13 импульса времени разряда, состоящий из идён тйчных нуль-органов 14 и 15, инвертора 16 и элемента 17 совпадения, преобразователь 18 длительности импульса в код, выполненный, например ВвИдестабильного генератора 19 импульсов и элемента 20 совпадения, счетчий импульсов с дешифратором 21 и цифровой индикатор 22. Измеряемое сопротивление термометра 1 и эталон н5ё с6прртйвлёнйя 2 вклйчёны па1 аллельно. относительно общей точки нул BoirO потенциала 23 и соединены с идентичными конденсаторами 3 и 4, к торые, в свою очередь, подключены с одной стороны через ключи 5 и 7 к и точнику 11 напряжения, а с другой ( через ключи 5 и 8 - к входги нуль органов 14 и 15. Кроме того, входь1 нуль-органов 14 и 15 соединены ч ёрёз кл1рчи 9 Й10 с точкой нулевог пртёнцйала 23. С ней же соединены источника 11 напряж нйя и непотенциа:льнЫ5ё вхьды нуль-ор ганов 14 и 15. Работой ключей 5-10 управляет коммутатор 12, выполненны например, в виде генератора прямоугрльных импульсов с прямым инверс нШГ вых6дом. В этом случае прямой вход коммутатора 12 подключен к ключам 5 и 8, а инверсный - к- ключам 610 илинаоборот. Выход нуль-органа 14 соединен с одним из входов элемента 17 совпадения, а выход нульоргана 15 соединен с входом инверто ра 16, выход которого подключен к ругому входу элемента 17 совпадения. Выход элемента 17 совпадения, в свою очередь, соединен с одним из входов элемента 20 совпадения преобразователя 18, другой вход которого соединен с выходом генератора 19. Выход элемента 20 совпадения соединен с счетчиком дешифратором 21, выход которого подключен к цифровому индикатору 22. Работа устройства сводится к двум полуциклам, подготовительному и измерительному (фиг. 2 - интерва. . . . t и t.... соответственно). лы t В подготовительный цикл коммутатор 12 замыкает ключи 6, 7, 9 и 10 (фиг. 2а, интервал t д. . .t) и размыкает . ключи 5 и 8 (фиг. 26, интервал t-...t-).Ha фиг. 2а прказано напряжение прямого выхода коммутатора 12, подсоединенного к ключам 6, 7, 9, 10, а на фиг. 26 - напряжение инверсного выхода коммутатора 12, подключенного к ключам 5 и 8. При рассмотрении работы устройства условно принято, что НсшИчие положительного напряжения на ключе уста-. навЛивает его в положение замкнуто, отсутствие напряжения - в положение разомкнуто. В измерительном полуцикле коммутатор 12 размыкает ключи 6, 7, 9, 10 (фиг. 2а, интервал t...t,.) и замыкает ключи 4, 8, т.е. логика работы коммутатора 12 сводится к следующему: когда замкнуты ключи 5, 8, ключи 6, 7, 9, 10 разомкнуты и наоборот. В подготовительный полуцикл {заботы устройства конденсаторы 3 и 4 через замкнутые ключи 6 и 7 заряжаются до напряжения источника 11 (фиг. 2в,г интервал tg . , . t. соответственно). На выходе нуль-органов 14 и 15 устанавливается нулевой потенциал, так как ключи 9 и 10 замкнуты (фиг. 2д, 2е, интервал t . . .t сортветственно), на выходе инвертора 16 устанавливается логическая единица (фиг. 2ж, интервал tp . . . t ), на выходе элемента 17 совпадения устанавливается логический ноль.(фиг. 2з, интервал t ...t.). Генератор 19 преобразователя 18 непрерывно формирует стабильные импульсы (фиг, 2и). На выходе элемента 17 совпадения преобразователя 18 сГанавливасет.ся логиче.ский ноль (фиг. ,2к, интервал t.-.tj). В измерительный цикл работы устройства (фиг. 2 интервал t«...tj) ключи 5 и В,замкнуты, а ключи 6, 7, 9, 10 разомкнуты. Конденсаторы 3 и 4 начинают разряжаться через термометр 1 сопротивления, сопротивление.2 и входное сопротивление нуль-органов 14 и 15. Так как входное сопротивление нуль-органов велико по сравнению с сопротивлением измеряемым и эталонным, то длительность разряда конденсатора 3 определяется постоянной вре мени цепи его разряда, равной произведению величины сопротивления термо метра 1 на величину емкости конденса тора 3 (фиг,2в, интервал tj...tjf}, а длительность разряда кон&енсатора 4 определяется постоянной времени це пи его разряда, равной произведению величины эталонного сопротивления 2 на величину емкости конденсатора 4. При этом следует учесть, что величин эталонного сопротивления 2 выбирается равной величине измеряемого сопротивления термометра 1 при нулевом значении параметра. Далее, в соответствии с постоянно времени цепи разряда конденсатора 3, нуль-орган 14 формирует импульс длите: 1ьностью t . . . t (фиг, 2д) , .а нуль орган 15 формирует импульс длительностью t...t (фиг. 2е). Следует учесть, что изменение сопротивления в области отрицательных температур. т.е. когда термометр 1 имеет сопротивление меньше эталонного . сопротивления 2, в данном случае не рассматривается. Таким образом, длительност выходного импульса нуль-органа 15 ос тается практически постоянной в про цессё работы, а длительность выходно импульса нуль-органа 14 определяется изменением сопротивления термометра Импульс нуль-органа 15 инвертируется инвертором 16 (фиг. 2, интервал tjj. . . О и поступает на один из входо элемента 17 совпадения, причем на другой его вход поступает импульс с нуль-органа 14 (фиг. 2д). В результате на выходе элемента 17 совпадения получается разность длительносте импульсов нуль-органов 14 и 15(фиг.2 интервал t .. . t). Этот импульс находится в однозначной зависимости от изменения сопротивления термометра 1 Далее полученный импульс поступает на вход элемента 20 совпадения, на другой вход которого поступают импуль сы от генератора 19. В результате на выходе элемента 20 совпадения имеем код в виде последовательности коротких импульсов (фиг. 2к, интервал tлt) число которых определяет длительность поступающего на вход импульса, в конечном счете и температуру объекта, измеряемую термометт ром 1. Частота импульсов генератора 19 выбирается с учетом необходимой величины крутизны преобразования устройства, исходя из конкретных условий. Далее последовательность импульсов поступает на счетчик с дешифратором 21, где обрабатывается и далее индицируется на цифровом индикаторе 22. В момент времени t,. цикл работы устройства повторяется. Длительность подготовительного и измерительного полуциклов выбирается исходя из конкретных условий такой, чтобы конденсаторы 3 и 4 успели полностью зарядиться до величины напряжения источника 11 и разрядиться до нуля во время диапазона измерения сопротивления термометра 1. в интервале бремени tg|...t-, (фиг. 2) показано увеличение (Сопротивления термометра 1 под воздействием температуры и соответствующие изменения в работе элементов устройства. Работа же этих элементов аналогична описанной выше. Введение в устройство формирователя 13, выполненного в виде двух нуль-органов 14 и.15, инвертора 16 и элемента 17 совпадения позволяет не только расширить динамический диапазон устройства в области низких сопротивлений, но и уменьшить погрешности измерения. Формула изобретения 1. Устройство для измерения сопротивления, содержащее эташонное сопротивление, параллельно соединенные с ним конденсаторы, источник напряжения, подключенной к конденсаторам через ключевые элементы, и коммутатор, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, в него введены формирователь импульсов, преобразователь длительности импульса в код, счетчик импульсов и индикатор, причем оба конденсатора подключены через ключевые элементы параллельно входам формирователя импульсов, выход которого подключен ко входу индикатора через последовательно соединенные преобразователь длительности импульса в код и счетчик импульсов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирова-. тель импульса содержит два нуль-органа, инвертор и первый элемент совпаения, а преобразователь длительности импульса в код содержит генератор импульсов и второй элемент совпадения, причем выходы нуль-органбв подлючены ко входам первого элемента овпадения непосредственно и через нвертор, вторые входы нуль-органов оединены между собой а к одному из ходОв второго элемента совпадения одключен генератор импульсов. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 130577, кл. G 01 R 27/22, 1961. 2,Авторское свидетельство СССР 175122, кл. G 01 R 27/02, 1962.

4: J

1//

20

/7

u.

/