Квазимостовой измеритель сопротивления

 

КВАЗИМОСТОВОЙ ИЗЖРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПС авт.св. 568898, отличающийся тем, что, с целью повышения.точности и надежности , между выходом звездообразного резисторного делителя напряжения и входом операционного усилителя введены последовательно-соединенные постоянный по сопротивлению резистор и резистор с управляемым сопротивлением, а каждая из ступенчатых мер сопротивления выполнена в виде мультирезисторов трансферов . сл X) эо 95 У

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

1 ЕСГВЬЛИК (! 9) (I lb ()4 G 01 R 17 10

4 4

f с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. = .- .1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Д Я (61) 568898 (21) 3721886/24-21 (22) 05.04.84 (46) 30. 10.85. Вюл. 9 40 (72) А.М.Чернов (71) Кижиневский научно-исследовательский институт электроприборо,- строения (53) 621.317.733(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

У 568898, кл. G 01 R 17/10, 1975, (54) (57) КВАЗИМОСТОВОЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ

СОПРОТИВЛЕНИЯ пс авт.св. Ф 568898, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности и надежности, между выходом звездообразного резисторного делителя напряжения и входом операционного усилителя введены последовательно-соединенные постоянный по сопротивлению резистор и резистор с управляемым сопротивлением, а каждая из ступенчатых мер сопротивления выполнена в виде мультирезисторов— трансферов.

1 1188661 изобретение относится к средствам злектроизмерительной техники, 1 используемым в качестве прецизион- 1 ных измерителей сопротивления н (омметров) и проводимости (симменс- 5 и метров), и является усовершенство- 1 ванием известного устройства по P авт. св. СССР 9 568898. P

Целью изобретения является повышение точности и надежности за "1О л счет компенсации погрешностей плеч м относительным изменением сопротив- . п ления управляемого резистора, а так м же за счет применения трансферов.

На фиг.1 представлена структур- 15 у ная схема устройства; на фиг.2— н электрическая схема трансфера. т

Устройство содержит зажимы 1 н и 2 для подключения объекта изме- P рения 3 (R „), (Gx ), регулируемый 2О п источник 4 напряжения U нуль-орл ган 5 с входной проводимостью С„

Ш и порогом чувствительности ДП, г общую шину 6, операционный усили- р тель 7 с выходным напряжением V 25 с звездообразный реэисторный делитель У

8 напряжения, представляемый схемой замещения в виде треугольника к проводимостей о

30 йр G, p С, G(p), (1) где (4 = О,Х,...,Х„,,Х„ — коэффициент преобразования делителя по основному его выходу; 35

/- =1- — коэффициент преобразования делителя по дополнительному

его выходу;

С вЂ” выходная проводимость Ю звездорезисторного делителя напряжения;

G — входная проводимость шунт рабочих плеч-проводимостей (МС и иС делителя напряжения.

Первая ступенчатая мера 9 сопротивления образует первое масштабное плечо с сопротивлением R<,.вторая ступенчатая мера 10 сопротивления 50 образует второе масштабное плечо с сопротивлением R, третье масштабное плечо 11 с сопротивлением

R q (Т+ I|) — R (2) образовано последовательным соединением постоянно- 55 го по сопротивлению резистора 12 и резистора 13 с управляемым сопротивлением.

Устройство содержит также канал

4 управления резистором 13, канал

5 управления делителем 8 со стороы нуль-органа, канал 16 управления ервой ступенчатой мерой 9, канал.

7 управления второй ступенчатой меой 10, канал 18 управления регулиуемым источником 4.

Квазистовой измеритель сопротивения содержит многоконтурную изерительную цепь, составленную из еречисленных ранее составных элеентов.

Первый контур измерительной цепи стройства образован:последовательым соединением регулируемого исочника 4, объекта измерения 3 уль-органа 5. Второй контур иэмеительной цепи устройства образован оследовательным соединением регуируемого источника 4, второго мастабного плеча и входа операционноо усилителя 7. Третий контур измеительной цепи устройства образован: оединением выхода операционного силителя 7, первого масштабного плеча и нуль-органа 5 ° Четвертый онтур измерительной цепи устройства бразован соединением выхода операционного усилителя 7 с входом делителя 8. Пятый контур измерительной цепи устройства образован соединением выхода делителя 8 через третье масштабное плечо с входом операционного усилителя 7.

Устройство работает следующим образом.

После подключения объекта измерения 3 с сопротивлением К„ к зажимам и 2 и включения источника 4 с напряжением U под действием последнего через сопротивление Rg и нуль-орган

5 с входной проводимостью G„ начинает протекать ток первого контура (R>+ 1/С„) (3)

Этот ток (3) в нуль-органе 5 вначала частично (а затем полностью) компенсируется током третьего контура

Т„= tf: (В 1+ 1/С.. ) (4)

В итоге (3) и (4) протекающий через нуль-орган 5 ток

Тн = ТМ- Тз Фо- (5) может быть изменением тока Т5 доведен до нулевого (т.е) квазимост может быть уравновешен) 1188661 4 х 1 «о> 18ow™ НОЯ (1 г

+6,+У ) (21) 5

1О (8) (9) .

E< Rx (= I R(.

3,-8г-Г +У - О (22)

Таким образом, вследствие компенсирующего влияния результирующая погрешностей плеч квазимостового измерителя сопротивления может быть уменьшена до уровня погрешности внешней образцовой меры, подключаемой на время калибровки вместо R к зажимам 1 и 2.

Особенно. эффективное устройство, если его масштабные плечи выпол25 нить в виде мультирезисторов-трансферов (малогабаритных переходных мер сопротивления без подстроечных резисторных элементов). Например, первое и второе масштабные плечи (в отдельных случаях и третье масштабное плеча) можно реализовать одиночными резисторами, группами, резисторов (мультиреэисторами и трансферами — наборами равнономинальных по сопротивлению резисторов с переключающими устройствами для соединений этих резисторов) по однородным схемам а,б,в согласно фиг.2. !

Тг (13)

? = p(p: (R (1 + ) (, (14) следует, что

Н2 — pQ: LRq (1+ Я (15) откуда

U: q = PR 2 /R (1+ ф ) (16)

После подстановки (16) и (11) получим условие равновесия рассматривае- З мой измерительной цепи

Н Вг 1

X P R 1+g (17) Но Э (6)

В момент равновесия, когда выполняется условие (6), падение напряжения на входе нуль-органа 5 будет

hU"- О (7) вследствие чего в измерительной цепи установятся следующие соотношения характеризующих его величин

При учете (6) и (8) и (9) следует, что

Л Нх

R (10)

1 откуда К = R

U х у (11) Отношение величин U/ y в свою очередь можно определить из равенст ва токов второго и четвертого контуров

I2 = Х, (12) при учете, что ток второго контура

Как следует из (21), в квазимостовом измерителе сопротивления относительным изменением сопротивления резистора 13 можно скомпенсировать влияние погрешностей плеч R1, К, К, т.е. установить сумму погрешностей плеч и компенсирующего их изменения, равной нулю

Известно, что действительные

40 значения сопротивлений плеч моста ю Нгю Н3 мй сойротивлений этих плеч R1 кг 1ам., Нз ном связаны соотношениями 45

К1 = В.,„,„(1- 6,); (18) (1 -. 4); (19) зном (1 - » (20 з ном

50 где. 3,, g E — относительные погреш ности соответствующих сопротивлений.

После подстановки (18), (19), (20 в (17) ряда преобразований и иренебрежения членами второго порядка иа- 55 лости получим окончательное выражение уравнения равновесия измерительной цепи

В данном устройстве трансферы без подстроечных резисторов впервые применяются для моделиревания масштабного множителя с одним общим подстроечным элементом для одной группы трансферов. Каждый ,трансфер по отдельности является источником трех инвариант-сопротивлений: основного инвариант-сопротив. ления при структуре соединений резисторнык элементов по однородной схеме согласно фиг. 2р

R< (1/R + 1/R + 1/К ..+1/R ) (23) второго инвариант-сопротивления при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме согласно фиг.2 3

1188661

К g (1/R + 1/R.+ 1/R1, )+

+ (1/К + 1/К + 1/R6 )+ (1/Rz + 1/R +

+1/R э ) ; (24 третьего инвариант-сопротивления при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме согласно фиг. 2 6

R и К(+ Кг+ Кз+ + К о

Теоретические и экспериментальные исследования дали следующие результаты: наиболее вероятной систематической погрешностью 10-секционного трансфера из резисторов с допуском

+ 3 будет погрешность

8 = S/.Г0; (26) вариация погрешности трансфера при переходе Ки, — R с,,-+К и > будет величиной второго порядка малости, поскольку она не более t5 1 / (27) Например, если 10-элементный . трансфер выполнить из резисторов с погрешностью 8 =10 (+ 0,01X), то согласно (26) компенсируемая систематическая погрешность этого трансфера будет 0,003Х, а ее (некомпенсируемая) вариация согласно (27) будет менее (0,003х0,01)

10 б(10 Х), что 0,01X:0,000001Õ

10000 раз меньшая величина, чем о — допуск по сопротивлению для резистора — элемента трансфера.

Таким образом, если плечи измерительной цепи устройства выполнить в виде трансферов, то его погрешность в целом при указанной структуре его цепи может быть скомпенсирована до уровня результирующей вариации систематических погрешностей указанных плеч, что по крайней мере в 10-100 раз меньше суммы систематических погрешностей плеч измерительной цепи прототипа и предлагаемого устройства. Отмеченное свойство предлагаемого устройства позволяет при реализации имеющихся измерительных резисторов с допуском по сопротивлению в 0 02 — 0 01Х выполнить как омметр (сименсметр) класса точности намного лучше, чем

0,01Х, например 0,005Х или 0,002Х, О, 001 .

Современные прецизионные измерительные резисторы имеют частоту отказов A p 10 ... 10 ч, (28) используемые совместно с измерительными резисторами подстроечные резис-. торы имеют частоту отказов A„p

2 ° 10 ч (29) вследствие чего суммарная частота отказов плеча цепи в виде последо вательного соединения измерительного постоянного и регулируемого подстроечного резисторов Ъp + h р "-20 10 (30)

Для уменьшения частоты отказов простейшего составного плеча цепей классических мостов-омметров и немостового омметра-прототипа приходится прибегать к двух- - и даже трехкратному резервированию, т.е. использовать для реализации плеча помимо основного еще соответственно двух или трех аналоговых резервных плеч из двух резисторов (постоянного и подстроечного).

Трансфер при 10 основных и 3-х резервных постоянных резисторах обеспечивает в предлагаемом устройстве масштабирования на трех пределах измерения с такой же надежностью расход

13:3 = 4(3) резистора /предел, (31) тогда как в традиционных мостах в квазимостовом прототипе омметре для этого расходует (2х4): 10 = 0,8 резисторов/предел, Более высокая точность и надежность устройства обеспечивается структурой измерительной цепи и реализацией плеч последней в виде мультирезисторов-трансферов.

Устройство легко превратить в квазимост-сименсметр, для чего достаточно поменять местами входы делителя 8 и второго масштабного плеча.

Полученный в результате такой перестановки (инверсии), новый инвертквазимост — сименсметр сохраняет такое же количество по точности и надежности. Оба устройства не требуют применения дефицитных высокопрецизионных резисторов и высококачественных дорогих изоляторов, что обеспечивает экономию денежных средств и лимитируемых материалов,упрощает конструкцию и технологию описанных кваэимостовых измерителей.

1188661

Составитель В.Семенчук

Техред А.Ач Корректор E.Ðîøêo

Редактор А.Гулько

Филиал ППП "Патент™, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6740/47 Тйрак 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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