Устройство для измерения коэффициента электротермической нелинейности Советский патент 1981 года по МПК G01N27/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ

Изобретение относятся к неразрушакь щим метооам и средствам контроля и мо жет бУть испольэозано, например, при контроле качества изделий из высокоом- ных проводников. Известен прибор для и;змерения электро термической нелинейности, в котором из мерение сопротивления и электротермичес кой нелинейности основано на применении моста Вистона, который перед каждым изме1)ением необходимо приводить в состо яние равновесия, а затем производить измерения Р-ЗОднако такой способ регулирования равновесия моста требует больших усилий и его нельзя применять в промышленном масштабе, так как измерения на предприятиях необходимо производить в больших количествах. Наиболее близким по технической сушиости к предлагаемсж у является устройст во для измерения сопротивлений функции нагрева с определением теплоемкости и коэ4 фи1шента потерь, содержашее последовательно соединенные генератор тока,из- мерямое сопротивление, усилитель, вычислительную схему и блок индикации. Вычислительная схема содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), логический блок и оифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Вход АЦП соединен с выходсм усилителя, а выход подключен на вход логического блока, выход которого соединен со входом блока индикации. Второй выход логического блока подключен на вход ЦАП, выход которого соединен со вкоиом усилителя Г Недостаткс л указанного устройства является технологическая сложность изготовления и настройки. Погрешность его измерения обусловлена пискретностью намерения кривой нагрева, а при увелнчентг точности измерения необходимо сушесгвен- но усложнить схему. Кроме того, увеличивается время измерения, состоящее из циклоэ, во время первого вз Koxqaux измеряется сопротивление в холодн(4 состоянии за п тактов, а во время второго сопротивление в функции нагрева за п так тов работы. Цель изобретения - упрощение устройства; уменьшенде времени измерения и возможность визуального наблюдения кривой нагрева. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента электротермической нелинейности, содержащем последовательно соединенные генератор тока, измеряемое сопротивление и дифференциальный усилитель, а также . последовательно соединенные вычислительную схему и блок индикации, вычислительная схема выполнена в виде последователь но соединенных блока измерения сопротивления и блока измерения коэффициента электротермической нелинейности, в устройство дополнительно введены схема авто баланса, вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход со вторым входом дифференциального усилителя, и ключ, выход которого соединен со входом блока измерения сопротивления вычислительной схемы, а вход подключен к измеряемому сопротивлению, при этом выход дифференциального усилителя подключен ко второму входу блока измерения коэффициента электротермической нелинейности вычислительной схемы, а второй выход блока измерения сопротивления вычислительной схемы подключен на вход управления генератора тока. Электротермическая нелинейность воз- никаегг в результате выделения тепла и соответствующего повьпиения температуры что отражается на электрических процессах в системе. Кроме того, нелинейность связана с тепловым состоянием окр -жающей среды и служит мерой теплового сопротивления. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения коэффициента электротермической нелиней- ности. Устройство содержит генератор 1 тока измеряемое сопротивление 2, дифференци альный усилитель 3, вычислительную схему 4,- состоящую из блока 5 измерения сопротивления и блока 6 измерения коэффициента электротермической нелинейное- ти, блок 7 индикации, схему 8 автобалан ключ 9. Генератор 1 тока предназначен для ге нерирования импульсов тока. За время пер вого цикла он выдает прямоугольный импульс тока с амплитудой JQ , значение ко торого выбирается заранее, а во время второго цикла - формирует прямоугольные 8 4 импульсы тока. Дифференциальный усилитель 3 и схема 8 автобаланса предназначены для усиления и получения кривой нагрева, приведенной к оси ординат без постоянной составляющей и уменьшения дрейфа нуля. Вычислительная схема 4 предназначена для измерения сопротивления и коэффициента электротермической нелинейности, обработки результатов измерения и вычисления функции управления генератором 1 тока. Блок 5 измерения сопротивления содержит, например, АЦП, а блок 6 измерения коэффициента электротермической нелинейности - элемент аналоговой памяти, делитель напряжения, компаратор, селектор и кварцевый генератор эталонных колебаний. Для измерения коэффициента электрической нелинейности необходимы два цикла измерения. За время первого цикла измеряется сопротивление изделия в холодном состоянии, а за время второго, состоящего из двух тактов, в течение первого такта происходит калибровка прибора (установка необходимых уровней напряжений ), а в течение второго - измерение коэффициента электротермической нелинейности. Для визуального наблюдения кривой нагрева второй и третий такты работы периодически повторяются. Устройство работает следующим образом. При подключении испытуемого сопротивления 2 через него протекает ток Q , величина которого заранее задана. Далее через ключ 9 напряжение (где Р - сопротивление испытуемого изделия 2 в холодном состоянии) поступает на блок 5 в холодном состоянии и вычис-fc ляется значение функции для управления генератором 1 тока.Значение сопротивления индицируется на цифровом индикаторе 7 или вьщается на печатающее устройство (не показано). За время первого такта второго цикла сигнал со второго выхода блока 5 измерения сопротивления вычислительной схемы 4 подаетсй на вход управления генератора 1 тока, который выдает на выходе прямоугольный импульс тока, поступающий на испытуемое сопротивление 2. Напряжение с испытуемого сопротивления поступает на вход дифференциального усилителя, где сигнал усиливается и приво-дится к оси ординат без наличия постоянной составляющей. Для уменьщения дрейфа нуля и балансировки дифференциального усилителя в схему устройства введе на схема 8 автобаланса. Сигнал с выход дифференциального усилителя 3 поступает на вход блока 6 измерения коэффициента электротермической нелинейности вычис- лительной схемы 4, где происходит запоминание значения напряжения Un, и устанавливаются пороговые уровни U и JQ ко паратора. Кривую нагрева можно аппрокс мировать на интервале (-fc ) (t J-ttf ) экс понентой 1ftvbT P(t/V) 04t4tw, ,, где К - коэффициент электротермической нелинейности; -t - время начала импульса тока; fc + -t и время окончания импульса тока. Поэтому соотношение уровней Un к Ц. выбрано постоянным и равным 6 , где 8 - натуральное число За время второго такта второго цикла сигнал с выхода дифференциального усили теля 3 поступает на вход блока 6 измерения коэффициента электротермической нелинейности вычислительной схемы 4, где происходит измерение коэф4и1циента электротермической нелинейности li. . где tn и t - время, соответствующее уровням срабатывания Uj и и компаратора. Значение i. индицируется в блоке 7 индикации. Для визуального наблюдения кривой нагрева первый и второй такты второго цикла периодически повторяются. Если по лучаемое значение К выходит за предел допустимого эталонного значения К для каждого испытуемого образца, то на выходе блока 6 измерения коэффициента электротермической нелинейности формируется сигнал, несущий информацию о том что изделие бракованное. Этот сигнал по ступает на устройство отбраковки (не по казано). Предлагаемое устройство позволяет упростить схему за счет выполнения вычислительной схемы в виде блока измере ния сопротивления и блока измерения коэффициента электротермической нелиней- ности, а также сократить время измерения за счет того, тго измерение коэффи- циента электротермической нелинейности осуществляется за два такта второго цик ла в отличие от п тактов в известных устройствах. Во время первого такта происходит усиление и приведение сигнала от испытываемого сопротивления к оси ординат, вследствие чего убирается постоянная составляющая, не несущая информации, а также происходит измерение и запоминание максимального значения напряжения этого сигнала и автоматическая установка необходимых уровней напряжений компаратора блока измерения электротермической нелинейности. За время действия второго такта происходит вычисление коэффициента электротермической нелинейности кривой нагрева, что достигается приве дениен кривой нагрева к оси ординат за счет введения схемы автобаланса. Формула изобретенияУстройствр для измерения коэффициента электротермической нелинейности, со- держащее последовательно соединенные генератор тока, измеряемое сопротивление, дифференциальный усилитель, вычислитетшную схему и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, сокращения времени намерения н возможности визуального наблюдения кривой нагрева, вычислительная схема выполнения в виде последовател но соединенных блока измерения сопротивления и блока измерения коэффициента электротермической нелинейности, в устройство дополнительно введены схема евтобаланса, вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход соединен со вторым входом дифференциального усилителя, и ключ, выход которого соединен со входом блока измерения сопротивления вычислительной схемы, а вход подключен к измеряемому сопротивлению, при этом выход дифференциального усилителя подключен ко вторсллу входу блока измерения коэффициента электротермической нелинейности вычислительной схемы, а второй выход блока измерения сопротивления вычислительной схемы подключен на вход управления генератора тока. Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе 1.Резонталь. Прибор для измерения электротермическсА нелинейности - боры для научных исследсжаний. М., Мир. 1972, NO 11, с, 15-22. 2.Патент Франции Ne 2315699, кл. G01N 25/2О, 1973 (прототип).

.

JL

00