Устройство для измерения сопротивлений

Устройство для измерения сопротивлений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения высокоомных сопротивлений. Цель изобретения - повышение быстродействия, достигаемое за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии. При установке переключателя 20 в исходное положение через нормально замкнутый контакт 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение, поступающее с источника 15 питания через делитель напряжения, образованного резисторами 5-7. Через нормально замкнутый контакт 22 переключателя 20 третий вход интегратора 9, образованный дифференциальным усилителем 10,резистором 11 и конденсатором 12, подключается к второму выводу датчика 4 напряжения, а через нормально замкнутый контакт 23 переключателя 20 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4 напряжения, сопротивление которого зашунтировано низкоомным резистором 2 форсирования переходного процесса через ключ 19. Ключ 14 находится в замкнутом состоянии. Измеряемый резистор 1 подключается к клеммам 16 и 17. По команде начала измерения, поступающего на вход 18 управления , ключи 14 и 19 размыкаются. После окончания форсированного заряда монтажной емкости, осуществляющегося через резистор 2 и образцовое сопротивление 3, на входах дифференциального усилителя 8 устанавливаются одинаковые напряжения. Переключатель 20 содержит также вход 24 управления, 2 ил. Ё О ел ю 00 ю о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680358/21 (22) 08.04.89 (46) 30.06.91. Бюл. 24 (72) Н.А, Горяйнов и К.А, Попов (53) 621.317,332(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1104440, кл. G 01 R 27/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1576869, кл, G 01 R 27/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения высокоомных сопротивлений. Цель изобретения — повышение быстродействия, достигаемое за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии. При установке переключателя 20 в исходное положение через нормально замкнутый контакт 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение, поступающее с источника 15 питания через делитель напряжения, образованного

„„5U „„1659899 А1 резисторами 5-7. Через нормально замкнутый контакт 22 переключателя 20 третий вход интегратора 9, образованный дифференциальным усилителем 10, резистором 11 и конденсатором 12, подключается к второму выводу датчика 4 напряжения, а через нормально замкнутый контакт 23 переключателя 20 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4 напряжения, сопротивление которого зашунтировано низкоомным резистором 2 форсирования переходного процесса через ключ 19. Ключ 14 находится в замкнутом состоянии. Измеряемый резистор 1 подключается к клеммам 16 и 17. По команде начала измерения, поступающего на вход 18 управления, ключи 14 и 19 размыкаются. После окончания форсированного заряда монтаж- 3 ной емкости, осуществляющегося через резистор 2 и образцовое сопротивление 3, на входах дифференциального усилителя 8 устанавливаются одинаковые напряжения.

Переключатель 20 содержит также вход 24 управления. 2 ил.

1659899

Изобретение относится к злектроиэмерительной технике и предназначено для измерения высокоомных сопротивлений.

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет форсирования переходного процесса в измерительной линии.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения сопротивлений; на фиг.

2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Усторойство для измерения сопротивлений содержит измеряемое сопротивление (резистор) 1, четвертый резистор 2 (форсирования переходного процесса), образцовое сопротивление (резистор) 3, датчик 4 напряжения, третий, второй и первый резисторы 5 — 7, образующие делитель для получения измерительного и опорного напряжений, дифференциальный усилитель 8, интегратор 9, содержащий дифференциальный усилитель 10, резистор 11 и конденсатор 12, компаратор 13, ключ 14, источник 15 питания, клеммы 16 и 17 для подключения измеряемого сопротивления, вход 18 управления. Устройство для измерения сопротивлений содержит также ключ 19, переключатель 20 с контактными группами

21 — 23, вход 24 управления переключателем

20. Первый вывод источника 15 питания через последовательно соединенные резисторы 7 и 6 соединен с первым выводом резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход дифференциального усилителя 8 через последовательно соединенные датчик 4 напряжения, образцовый резистор 3 и измеряемое сопротивление 1 соединен с общей шиной. Первый вывод измеряемого сопротивления 1 соединен с клеммой 16, второй вывод с клеммой

17. Выход дифференциального усилителя 8 соединен также с вторым входом переключателя 20 и вторым выводом резистора 2 форсирования переходного процесса, первый вывод которого через рэзмыкающие контакты ключа 19 соединен с вторым выводом датчика 4, третьим входом переключателя 20 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 8, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом резистора 6, первый вывод которого соединен с первым входом переключателя 20, четвертый BxGj) которого соединен с общей шиной, Первый и второй выходы ключа 14 соединены соответственно с первым и вторым входами интегратора 9, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами переключателя 20, первый выход которого соединен е

55 вторым входом компаратора 13, первый вход которого соединен с выходом интегратора 9. Управляющий вход ключа 19 соединен с управляющим входом ключа 14 и входом 18 управления, Второй вход компаратора 13 соединен с подвижным контактом контактной группы 21 переключателя 20, размыкающий контакт группы 22 соединен с первым выводом резистора 6, замыкающий контакт группы 21 соединен с общей шиной, третий вход интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10 и с подвижным контактом контактной группы 22 переключателя

20, размыкающий контакт группы 22 соединен с замыкающим контактом 23 и первым выводом датчика 4 напряжеия, замыкающий контакт группы 22 соединен с размыкэющим контактом группы 23 и вторым выводом датчика 4 напряжения, подвижный контакт группы 23 соединен с четвертым входом интегратора 9, который через резистор 11 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10, первым выводом конденсатора 12 интегратора 9 и первым входом интегратора 9, второй вывод конденсатора 12 интегратора 9 соединен с вторым входом интегратора 9 и с выходом дифференциального усилителя 10, являющимся выходом интегратора 9. Второй вывод источника 15 питания соединен с общей шиной, Устройство для измерения сопротивлений работает следующим образом.

Измерение низкоомных сопротивлений производится при установке переключателя

20 в исходное положение, при этом через размыкающий контакт группы 21 переключателя 20 на второй вход компаратора 13 подключается опорное напряжение Uon, через размыкающий контакт группы 22 третий вход интегратора 9 подключается к второму выводу датчика 4, а через размыкающий контакт группы 23 четвертый вход интегратора 9 подключается к первому выводу датчика 4. Сопротивление датчика 4 зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19, Ключ 14 находится в замкнутом состоянии, коэффициен-, передачи интегратора 9 равен единице и на его выходе устанавливается напряжение, равное сумме напряжений измерительного Uo (падения напряжения на резисторе 5) и напряжения

Од, которое падает на датчике 4 напряжения, шунтированном резистором 2.

Измеряемый резистор 1 (й,) подключается к клеммам 16 и 17 устройства.

Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 обеспечивает равенство напряжений на его входах, при этом по из1659899

10

40

50 мерительной цепи (через резистор Rx) протекает ток lx . о

U х + 2г + Ro (1) где Uo — измерительное напряжение;

Rx — сопротивление измеряемого резистора 1;

r — сопротивление подводящих проводов:

Ro —. сопротивление образцового рези стора 3.

В момент t< (фиг, 2) на вход 18 управления поступает команда начала измерения, по которой ключи 14 и 19 размыкаются.

Размыкание ключа 19 отключает резистор 2 от датчика 4 напряжения, в результате чего сопротивление цепи между выводами датчика 4 напряжения возрастает до величины R . Для поддержания измерительного тока lx на прежнем уровне выходное напряжение дифференциального усилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения 0д на датчике 4 напряжения.

Одновременно начинается процесс интегрирования падения напряжения на датчике

4 напряжения, которое пропорционально току tx. Напряжение на выходе интегратора

9 начинает линейно увеличиваться от своего исходного значения. Компаратор 13 осуществляет равнение выходного напряжения интегратора 9 и напряжения Ооо и в момент

tz их равенства изменяет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства, Время tx от момента t1 до момента tz определяется формулой

Uîï 1 р, х= 1 ь x= Кп Rx (2) где Rg =(о" — 1 }(2г+ Ro} — сопротивлеUo ние датчика 4 напряжения; ти,т — постоянная времени интегратора 9;

Кпр = (1} — Tppp coAst .

Don 1

0о Rg

Измеряя время tx с учетом коэффициента пропорциональности Кпр, получаем значение величины Rx.

При В =О исходное напряжение на выходе интегратора 9 в момент ц сразу становится равным напряжению Ооо, поэтому компаратор 13 сразу изменяет уровень сигнала на своем выходе и выходе устройства, при этом длительностых равна нулю.

Измерение высокоомных сопротивлений, в частности сопротивления изоляции электромонтэжа сложных обьектов контроля с распределенной емкостью монтажа, происходит следующим образом.

Переключатель 20 устанавливается в состояние противоположное исходному, при этом второй вход компэратора 13 отключается от источника 15 питания и через замыкающий контакт группы 21 подключаетсяч к общей шине, третий вход интегратора 9 посредством группы 22 переключателя 20 переключается с первого вывода датчика 4 напряжения на второй, а четвертый вход интегратора 9 посредством группы 23 переключателя с второго вывода датчика 4 напряжения на первый. Сопротивление датчика 4 напряжения зашунтировано низкоомным резистором 2 через ключ 19. В этом состоянии при подаче напряжения питания дифференциальный усилитель 8 вырабатывает выходное напряжение, при котором на его входах обеспечиваются равные напряжения величиной Uo. Падения напряжения на резисторе 3 и датчике 4 напряжения практически равны нулю, так как сопротивление 1 (Rx) к клеммам 16 и 17 еще не подключено и измерительный ток равен нулю. Ключ 14 также замкнут, коэффициент передачи усилителя 10 равен единице, на выходе интегратора 9 и первом входе компаратора 13 устанавливается напряжение величиной Uo. На выходе компаратора

13 и выходе устройства поддерживается высокий уровень напряжения Отомо (см. фиг.

2). В момент to к клеммам 16 и 17 устройства подключается измеряемое сопротивление 1 (Rx) с емкостью монтажа (С„). Через низкоомные резисторы 2 и 3 происходит форсированный заряд емкости CM (см, фиг, 2), по окончании которого на входах дифференциального усилителя 8 вновь устанавливаются одинаковые напряжения величиной Uo. Ток в измерительной цепи определяется формулой

Uо х — +р (3) где Ro — сопротивление ниэкоомного резистбра 3;

R> — высокоомное измеряемое сопротивление 1.

Таким образом Rx»Ro и формула (3) принимает вид

lx =—

Uo (4)

Rx

При измеряемом сопротивлении 1 величина напряжения Ux практически равна Uo.

В момент t> на управляющий вход 18 поступает команда (см. фиг. 2) начала измерения, по которой ключи.1 4 и 19 размыкаются. .Размыкание ключа 19 отключает резистор 2, сопротивление между выходом диф1659899 ференциального усилителя 8 и клеммой 16 устройства (сопротивлением Rp резистора 3 пренебрегаем) возрастает до величины Ид датчика 4 напряжения. Для поддержания измерительного тока и напряжения 0» на прежнем уровне выходное напряжение дифференциального усилителя 8 скачком увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению напряжения 0д на датчике 4 напряжения (см. фиг. 2), причем величина напряжения равна

Ug =Rd 1» =Оо

R (5)

Rx

Одновременно начинается интегрирование напряжения Ug интегратором 9, напря>кение Ои|| íà eto выходе начинает линейно уменьшаться (см. фиг. 2), В момент

t2 напряжение 0ин интегратора 9 становит. ся равным нулю и компаратор 13 изменяет

CBOA ВЫХОДНОЙ СИГHB 0»оцо C аЫСОКОГО, уровня на низкий, Время tx интегрирования определяется из равенства где 0инт.о=0о — начальное напряжение на выходе интегратора 9;

r- постоянная интегрирования.

Иэ формулы (6) можно записать

|-| и||т,о

|| " ИИт ° ®

С учетом формулы (5) получим тх= K Rx (9) где k = - tpfHT — коэффициент пропорцио1

9 ндльности.

Измеряя tx известными способами с учетом коэффициента пропорциональности, получаем величину Rx, Иэ формулы (8) видно, что результат измерения не зависит от изменений величины напряжения Оо, что позволяет испольэовать источник измерительного напряжения с кратковременной (а пределах времени интегрирования) стабильностью. Диапазон измерения R» в широких пределах может выбираться путем изменения сопротивления Нд датчика 4 напряжения.

Скорость заряда емкости монтажа определяется нагрузочной способностью дифференциального усилителя 8 и сопротивлением резисторов 2 и 3, величина которых может быть достаточно мала, причем скорость заряда не зависит от диапазона измерения Rx.

Введение переключателя 20 позволяет перестраивать устройство для измерения сопротивлений на соответствующий режим работы, обеспечивая универсальность.

5 Таким образом, повышается быстродействие эа счет форсирования переходного процесса в измерительной линии, Скорость протекания переходного процесса в измерительной линии не зависит от

10 диапазона измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивлений, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый резистор

15 и второй резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, первый ключ, последовательно соединенные интегратор и компаратор, 20 последовательно соединенные дифференциальный усилитель, датчик напряжения и образцовое сопротивление, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения измеряемого сопротивления, 25 вторая клемма для подключения которого соединена с общей шиной, первый и второй выходы первого ключа соединены с первым и вторым входами интегратора, неинвертирующий вход дифференциального усилите30 ля соединен с первым выводом третьего резистора, ин аертирующий вход дифференциального усилителя соединен с вторым выводом датчика напряжения, второй вывод источника питания соединен с общей ши35 ной, о т л ич а ю ще ес ятем, что. с целью повышения быстродействия, в него введены переключатель и последовательно соединенные четвертый резистор и второй ключ, второй вывод четвертого резистора соеди40 нен с выходом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа и первой шиной уп45 равления, второй вывод первого резистора соединен с первым входом переключателя, первый и второй выводы датчика напряжения соединены с вторым и третьим входами переключателя, четвертый вход которого со50 единен с общей виной, первый выход переключателя соединен с вторым входом компарвтора, третий вход интегратора соединен с вторым выходом переключателя, третий выход которого соединен с четвер55 тым входам интегратора, упраалякиций вход переключателя соединен с второй шиной управления, выход компаратора является выходом устройства.

1659899

0упр

t>> t>, 1 g

Составитель Ю.Минкин

Редактор О.Спесивых Тех ред M.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Заказ 1841 Тираж 423 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101