Цифровой омметр
ЦИФРОВОЙ OITOETP, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь , состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ) , ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя соответственно , подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя , неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства , отличающийся тем, что, с целью повышения точности омметра, э него введены дифференциальный интегратор, блок выборки i и хранения, три ключа, причем выход операционного усилителя через два (Л ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и,хранения соединен с входом ПНЧ, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя . 4 О) О М
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
qm> G 01 R 27/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOlVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3391757/18-21 (22) .04.06.82 (46) 07.10.83. Бюл. Р 37 (72) Т.M. Алиев, A.M. Шекиханов и Х.A. Исмайлов (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. Я. Азизбекова (53) 621.317.333(088.8) (56) 1. Нетребенко К.A., Реутов В.В.
Аналого-цифровые преобразователи для резисто.эных датчиков. М., "Энергия", 1975, с. 8, рис. 1,2.
2 ° Авторское свидетельство СССР
Р 789896, кл. G 01 R 27/02,,1978 ° (54)(57) ЦИФРОВОЙ ОИМЕТР, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ), ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первОго переключателя, подвижный конÄÄSUÄÄ 1046707 А такт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя соответственно, подвижный контакт которого сое-: динен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной устройства, отличающийся
:тем, что, с целью повышения точнос-; ти омметра, В него введены дифференциальный интегратор, блок выборки и хранения, три ключа, причем выход операционного. усилителя через два ключа соединен с инвертирующим и не" инвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и.хранения соединен с входом ПНЧ, Я выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя.
1046707
Изобретение относится к цифровой 1 электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления резистор в с высокой точностью.
Известен цифровой омметр, содержащий активный преобразователь соп" ротивления в напряжение, который построен на основе операционного усилителя с отрицательной обратной связью и аналого-цифровой преобразователь напряжения. fO
В этом устройстве погрешность сопротивления в напряжение полностью входит в результат цифрового измерения (1).
Однако с помощью такого преобразователя не удается получить высоких метрологических характеристик.
Наиболее близким к предлагаемому является цифровой омметр, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту, ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переклкчателя, подвижный контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижным контактом второго переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с ..выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которо- 40 го соединен с общей шиной устройства (2.).
Точность цифрового омметра опре- деляется точностью цифроаналогового преобРазователя напРяжения и пре- 45 цизионного резистора. Получение более высокой точности связано с, усложнением схемы цифроаналогового преобразователя напряжения (применение высокоточных резисторов и переключателей) и, в свою очередь, с повышением стоимости устройства и уменьшением его надежности.
Известно, что звездообразные делители напряжения обладают высокими метрологическими характеристиками. Такие делители имеют постоянное, выходное сопротивление, не зависящее от коэффициента деле-. ния. Поэтому использование. такого делителя в известном омметре для 60 получения более высокой точности эффективно при измерении сравнительно больших сопротивления. При измерении малых сопротивлений влияние выходного сопротивления дели- 65 теля напряжения приводит к Неполной коррекции поГрешности преобразования сопротивления в напряжение (оно оказывается последовательно соединенным с сопротивлениями
R> и R „и входит в цепь обратного преобразования), что также ограйичивает точность преобразования.
Цель изббретения — повышение точности и надежности омметра при одновременном упрощении структуры устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой омметр, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опорный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой.преобразователь, состоящий из последовательно соединенных ПНЧ, ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный . контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя соответственно, поцвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход кото« рого соединен с общей шиной устройства,,цополнительно введены дифференциальный интегратор, блок выборки и хранения, три ключа, причем выход операционного усилителя через два ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и хранения соединен с входом ПНЧ, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя.
На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового омметра, на фиг. 2 — выходной сигнал преобразователя напряжения в частоту.
Цифровой омметр содержит источник 1 опорного напряжения, входные переключатели 2 и 3, добавочный резистор 4 (R ), измеряемый 5 (R„) и прецизионный 6 (к „) резисторы, операционный усилитель 7, ключи
8-11, дифференциальный интегратор
12, блок 13 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 14, состоящий иэ последовательно соединенных ПНЧ 15, ключа 11 и счетчика 16.
Источник 1 опорного напряжения через переключатель 2 и добавочный резистор 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, 1046707 выход которого через ключи 8 и 9 соецинен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 12, выход которого через последовательно соединенные ключ 10 и блок 13 выборки и хране- 5 ния соединен с входом ПНЧ 15.
Работа устройства происходит итерационно (циклически), при этом каждая итерация состоит и3 следующих трех тактов. 10
Первый такт. Счетчик 16 сбрасывается в ноль, переключатели 2 и 3 переводятся в нижнее положение (3), ключ 9 замкнут, ключи 8, 10 и 11 разомкнуты. При этом на выходе операционного усилителя 7 получим напряжение
"х
XtÄÄ=- р К,„ где X h- напряжение источника 1 опорного напряжения.
Производится интегрирование Х „„ эа время Т. После завершения первого такта на выходе интегратора 12 п тора 12 в блок 13 выборки и хранения. Получаемое на выходе этой схемы напряжение принимается в качестве первого приближения т т хи Полученное значение Х задает новое уточненное значение частоты f(x „) на выходе ПНЧ 15. Затем последовательность измерительных операций, задаваемая тремя тактами, циклически повторяется, так что Rx оп =Х +(<+os) )(" d+-(1+8) z(X )p "dt. (1) С ростом числа итераций напряжение хп стремится к своему установившемуся значению Х . В установившемся режиме выходная величина интегратора 12 не меняется. Это значит, что положительные пр*. ращет ния (1+, ) X †" dt,, получаемые в оп и о течение второго такта, равны отрит Ro аателанхх» приращениям (< o!I(t(X„) и dt, А о полученным в течение третьего такта олучим т Х„„,=X„(а <,. Г"- )+ e 0 т R т R (мы| хе„рве=(х-п т(х„) "dt, (tl Поскольку второй интеграл в выражении (2) ссть вольт-секундная площадь выходного сигнала ПНЧ 15 (фиг. 2), из (2) получим где Х„ „ — площадь одного импульса выходной частоты, 2+ — количество импульсов, поступивших в счетчик 16. Число Z, записанное в счетчик, связано с измеряемым сопротивлением RX соотношением Т т Х оп ) „+(+() X „+8++ð ()+И R(Xo) R +Р= о *. о т т eX„+(1+ot,) X „— Rdt-(+о ) f(Xp7 Р о о Х „ Т а Х:„- и Й,<, (3) NMh Oh Одновременно с работой интегратора 12 счетчик 16 подсчитывает ко- личество импульсов 2о выходной частоты, поступивших в интегратор 12 в течение второго такта Zo f(x )T. Третий такт. Ключи 8 и 9 разомкнуты. Ключ 10 замыкается и переписывает напряжение с выхода интеграТаким образом, аддитивная погрешность р корректируется после первой же итерации. Влияние мультипликатив иой погрешности eh всего тракта преобразования (масштабный усилитель, 60 65 где Х„ — начальное напряжение ин- 30 тегратора 12, о" Pi - соответственно суммарная мультипликативная и аддитивная погрешности последовательно включенных опера- 35 ционного усилителя 7 (преобразователя сопротивления в напряжение) и интегра.тора 12. Второй такт. Переключатели 2 и 3 40 переводятся в верхнее положение (a). Ключ 8 замкнут, ключи 9 и 10 разомкнуты. Ключ 11 замкнут. Производится интегрирование за время Т сигнала f(x ) (фиг. 2) с выхода ПНЧ 15. После завершения второго такта на выходе интегратора 12 имеем напряжение 1046707 Составитель О. Панчерникова Редактор Н. Гришанова Техред Ж,Кастелевич Корректор,А ильин Заказ 7724/45 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ключи 8-10, интегратор 12, блок 13 выборки и хранения, ПНЧ 15) с ростом числа итераций резко уменьшается и в установившемся режиме полностью исключается из окончательного резуль- тата. 5 Скорость убывания относительной погрешности измеРения d п » 0ТН для предлагаемого устройства опреде- 10 ляется соотношением! Выбирая » раиинм В („,„,„;,)т получаем Z -2 Из выражения (5) для относительной погрешности измерения следует, что в диапазоне -100% (с (100% устройство обеспечивает точное определение Z+ при любых значениях начальной погрешности (Z - 2 )/Z„ . Использование Х;,„ как опорной ве личины в схеме ПНЧ 15 (в этом случае Х „ = Xbn) позволяет, согласно (3), полностью исключить погрешности источника 1 опорного напряжения на окончательный результат. Тогда Т р х (Ь) - оп Таким образом, предельная точность измерения определяется -только точностью резистора К „, а также точностью отношения времен Т/i что может быть обеспечено сравнительно элементарными средствами (например, с помощью кварцевого генератора), Следовательно, в предлагаемом устройстве в отличие от устройствапрототипа точность результатов обеспечивается без привлечения многозначной меры напряжения (ЦАП напряжения) . Таким образом, в предлагаемом цифровом омметре достигается высокая точность, а также упрощается структура устройства в целом.
