Цифровой омметр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскик
Социалистически к
Республик
<„ 748282
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заявлено 110578 (21) 2624437/18-21 (51) М
G 01 а 27/00//
G 01 R 17/10 с присоединением заявки NP
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 150780. Бюллетень М 26
Дата опубликования описания 150780 (53) УДК 621. 317. .33(088.8) (72) Авторы изобретения
A.È. Беспалов и М.И. Тютюник
Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ОММЕТР
»»»Ыае» ю аМ»»ж»» »»»»»М»»»»»»»» Ъ»»»»»» »»»»»»»»»»»»»»»» »»»» »»Ъ»»» ж -:= »»»»»
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 омметры,содер- жащие куль-орган, декадные делители напряжения, схемы управления, счетные устройства, коммутаторы (1) .
Однако при измерении малых сопро- 1э тивлений или незначительных, приращений сопротивлений, например, при измерении температуры при помощи терморезисторов, они имеют сравнительно невысокую точность, что связано, в 20 основном, с наличием остаточных сопротивлений ключевых схем и значительным изменением их во времени, связанным со старением элементов,изменением температуры, напряжений пи - 2з тания и т.д. Укаэанные отрицательные качества проявляются в большей степени у бесконтактных коммутаторов, обладающих наибольшими надежностью и быстродействием. Применение влект- 30
2 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 пре-. дел большинства цифровых омметров, выпускаемых как в СССР, 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 вспомогательные транзисторные 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 измерительной цепи.
748282
5 30
$5
В исходном состоянии все основные и вспомогательные ключи находятся в открытом состоянии и все проводимости плеча сравнения включены. На переходах коллектор-эмиттер основных ключей остаточное напряжение устанавливается равным нулю путем регулирования токов базы этих транзисторов.
Это позволяет существенно уменьшить влияние остаточных параметров ключей, но не устраняет его полностью так -как напряжение коллектор-эмиттер основных ключей зависит от целого ряда Факторов, как-то: изменение напряжения питания, величины резисторов в цепях базы, характеристик транзисторов во времени (старение элементов) или по температуре ведет к возникновению влияния остаточных IIcL
1 раметров 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 достаточйо трудоемко. Кроме того, омметр содер" жит удвоенное количество (по сравнению с коммутируемыми резисторами плеча сравнения) ключевых элементов и два дополнительных источника напряжения, то есть является сложным.
Целью изобретения является повышение точности измерения активных сопротивлений.
Указанная цель достигается тем, что в циФровом омметре, содержащем мостовой измерительный блок, образованный тремя декадами образцовых резисторов, блоки коммутации, блок управления, нуль-орган, источник питания, первый выход источника питания подключен к зажимам для подключения измеряемого резистора, а второй выход — через блоки коммутации соединен с первой декадой образцовых резисторов, образующей два йр»отйвоположных плеча мостового блока, вторая декада образцовых резисторов через блок коммутации подключена к одному зажиму для подключения измеряемого резистора, а третья - через блок коммутации соединена со входом нуль-органа, другой выход которого подключен к другому зажиму для подключения измеряемого резистора, а бхйж управления соединен с нуль-органом. .На чертеже представлена принципиальная схема циФрового омметра. Схема содержит измеряемый резистор 1, источник 2 двух равных токов с вы- ходами 3, 4, блоки 5, б коммутации, первую декаду образцовых резисторов, разделенную на половины, включенные в противоположные плечи 7, 8 мостового блока, вторую и третью декады резисторов, включенные в другие противоположные плечи 9, 10 мостового блока, блоки 11, 12 коммутации, нульорган 13, блок 14 управления.
Каждый из блоков коммутации состо ит иэ соответствующего числа ключей (электромеханических или электронных), причеМ в каждом из блоков коммутации замкнут только один контакт.
Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений U и
0, подаваемых на вход нуль-органа 13.
Напряжение 0 примем равным падению напряжения на измеряемом резисторе: и -1„- R„, (1) где 1 - значение первого тока (снимаемого с выхода 3) источника 2 двух равных токов, R> - сопротивление измеряемого резистора.
Напряженйе 04 равно разности потенциалов, снимаемых с блоков 11, 12 коммутации.
Мостовой блок эапитывается током
l с выхода 4 источника 2 двух равных токов через замкнутые ключи блоков 5, б коммутации. Причем токи, протекающие по этим нагрузкам, равнымежду собой, то есть:
1, (2)
Ток 1,.протекая через блоки 5 и
ЗО б коммутации, разделяется на два тока: 14 и i,,причем ток 1(протекает через плечо 9 и часть первой декады, образующей плечи 7 и 8 мосто: вого блока, расположенную между включенными ключами блоков 5 и б коммутации и крайними выводами декады образцовых резисторов плеча 9. Ток ig протекает через третью декаду образцовых резисторов плеча 10 и часть
4Q первой декады образцовых резисторов, образующей плечи 7 и 8 мостового блока, расположенную между включен-. ными ключами блоков 5 и б 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 щ мостовогд блока и расположенных мЕжду включенным ключом блока б коммутации и крайним вызодом декады образцовых резисторов плеча 9, -равно количеству образцовых резисторов первой декады, входящих в плечо 7 мостового блока и расположенных между включенными ключом блока 12 коммутации и крайним выводом декады образцовых резисторов плеча 10.
Поэтому токи i< и i< останутся неизменными при любыМ состояниях блоков 5 и б коммутации. От состояния блоков 11 и 12 коммутации токи i и 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
t< и i < будут равны: (и,/г й,н, R
1 R,N R,N К 1г 2 (3) г г 3 ъ Р NÐ + Nç" где й4,И < и Иэ — общее число образцовых резисторов, входящих в состав первой (образующей два плеча 7 и 8 моста), второй и третьей декад соответственно. Причем, поскольку плечи 7 и 8 мостового блока образованы поделенной пополам первой декадой образцовых резисторов, то в каждое из этих плеч входит М /2 образцовых резисторов;
R<, R z u R — сопротивления каждого из образцовых резисторов, входящих в состав первой, второй и третьей декад соответственно.
В формулах (3) и (4): (И1/2) R + N3R3 (5)
1 1 г г ь Ь
Напряжение между выходами блоков
12 и 11 коммутации в соответствии с (3) и (4) составится
Ог 1г(-п К+и R cr-n Rp-6) — .gg) ®
748282 тивления блоков 11 и 12 коммутации
З0 также не влияют на результат измерения, так как через эти остаточные сопротивления в уравновешенной схеме
25 г резистора однозначно определяется количеством. п4, и и и включенНых
2 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 их абсолютных значений. Поэтому остаточные сопротивления блоков коммутации, изменяя абсолютные значения токов 1,1 и 1ъ, не нарушают их равенства, а следовательно уравнение (7) остается в силе при любых значениях остаточных сопротйвлений блоков коммутации. В уравнение (7) не входят значения падений напря. жения на остаточных сопротивлениях блоков 5 и б коммутации, так как они находятся за пределами контура уравновешивания напряжений U и U è включены в цепь токов. Остаточные сопроток не протекает, слЕдовательно, падение напряжений на них равно нулю. где п — число образцовых резисторов входящих в состав части первой декады, образующей плечо
8 мостового блока, расположенных между замкнутым клю-" чом блока б коммутации и де-, кадой образцовых резисторов плеча 9 (такое же число и,( образцовых резисторов заКлючено между замкнутым ключом блока 5 коммутации и декадой образцовых резисторов плеча 10), n — число образцовых резисторов второй декады резисторов пле. ча 9, эаключенных между включенным ключом блока 11 коммутации и плечом 7 мостового блока; и — число образцовых резисторов третьей декады плеча 10,зак:люченных между включенным ключом блока 12 коммутации и плечом 7 мостового блока.
Процесс уравновешивания завершается при равенстве напряжений U4
04,. Из этого условия, учитывая (1), (2) и (6), получим:
Ni
Rx=-t", nF a-t (1-") 2R,Ь ()
Выражение (7) показывает, что значение сопротивления измеряемого
65 личения погрешности измерений сопротивлений.
35 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
40 входом нуль-органа 13. Следовательно, падение напряжения на этих проводах равно нулю и результат измерения не зависит от их сопротивления, эти провода являются потенциальными. Не за- висит результат измерения и от сопротивлений проводов, соединяющих иэмеряемый резистор 1 с выходом 3 источника 2 двух равных токов (токовые провода), так как падение напряжения
50 на этих проводах не входит в контур уравновешивания напряжений U и 02 а изменение тока t1. Вызванное изменением сопротивлений этих проводов, не влияет на результат измерения в связи с тем, что равенство токов t и I при этом не нарушается. В данном цифровом омметре снижаются требования к параметрам ключей устройств .коммутации, которые могут иметь значительные сопротивления в открытом
60 состоянии,то есть представляется возможность испольэовать надежные, дешевые и быстродействующие ключи на полупроводниковых приборах беэ уве748282
Формула. изобретения
ЦНИИПИ . Заказ 4230/32 Тираж 1019 Подписное
"Филиал ППП Патент, r . Ужгород, ул. Проектная, 4
Данный цифровой омметр позволяет производить дистанционное измерение сопротивлений, так как измеряемый резистор включен но четырехпроводной схеме и исключено влияние сопротивлений линий связи.
Для доведения предлагаемого цифро вого омметра до промышленного использования необходимо провести:
1) разработку схемы дешифратора для .управления цифровыми индикаторами, 2) выбор алгоритма уравновешивания и, в соответствии с ним, выбор схемы блока управления.
Ориентировочное время выполнения перечисленных работ составляет четыре месяца.
Цифровой омметр, содержащий мостовой измерительный блок, образованный тремя декадами образцовых резисторов, блоки коммутации, блок управления, нуль-орган, источник питания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения первый выход источника питания подключен к Зажимам для подключения измеряемого резистора, а второй выход через блоки коммутации соединен с первой декадой образцовых резисторов, образующей два противоположных плеча мостового блока, вторая декада образцовых резисторов через блок коммутации подключена к одному зажиму для подключения измеряемого резистора, а третья — через блок коммутации соединена со входом нуль-органа, другой выход которого
35 подключен к другому зажиму для подключения измеряемого резистора, а блок управления соединен с нуль-органом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 427286, кл. 2 G 01 R 13/02, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 373634, кл. G 01 R 17/02, 1976 (прототип).