Устройство для измерения отклонения сопротивления от заданного значения

 

Изобретение относится к технике измерения параметров электрических цепей. Устройство для измерения отклонения сопротивления от заданного значения содержит источник 1 опорного напряжения, переключатель 2, операционные усилители 3,5,12,18, токозадающие резисторы 4,6, образцовый резистор 11, измеряемый резистор 17, дифференциальный усилитель 19, источник 20 напряжения смещения, коммутатор 21, интегратор 22, нуль-орган 23, блок 24 управления, генератор 25 импульсов, селектор 26, реверсивный счетчик 27, регистр 28, индикатор 29 и блок 30 индикации знака. Устройство обладает повышенной точностью измерения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G О! R 27102

1 . --:"« и! †.А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbflHRM

ПРИ ГКНТ. СССР (21) 411209) /24-21 (22) 29.08.86 (46) 15.01.90. Бюл. ¹ 2 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) P.Н. Огирко, О.Л. Телеп и E È. Шморгун (53) 621.317.332.3(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР № 404018, кл. G 01 R 17/1 О, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 938!98, кл. G 01 R. 27/02, 1982; (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЗАДАННОГО

ЗНАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике

„„SU„„ЫЗВЗЛ А 1

2 измерения параметров электрических цепей. Устройство для измерения отклонения сопротивления от заданного значения содержит источник 1 опорного напряжения, переключатель 2, операционные усилители 3, 5, 12 и 18, токозадающие резисторы 4 и 6, образцовый резистор 11, измеряемый резистор 17, дифференциальный усилитель 19, источник 20 напряжения смещения, коммутатор 21, интегратор

22, нуль-орган 23, блок 24 управления, генератор 25 импульсов, селектор 26, реверсивный счетчик 27, регистр 28, индикатор 29 и блок 30 индикации знака. Устройство обладает повьппенной точностью измерения. 4 ил.

1536322

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым устройствам для измерения сопротивления .

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема дифференциального усилителя; на фиг. 3— схема кодирующей части устройства; на фиг. 4 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, подключенный к переключателю 2, первый операцион( ный усилитель 3, первый токоэадающий резистор 4, второй операционный усилитель 5, второй токоэадающий резистор 6, первый токовый 7, первый 20 потенциальный 8, второй токовый 9 и второй потенциальный 10 соединительные провода образцового резистора 11, третий операционный усилитель

12, первый токовый 13, первый по- 25 тенциальный 14, второй токовый 15 и второй потенциальный 16 соединительные провода измеряемого резистора .17, четвертый операционныР усилитель 18, дифференциальный усили- 30 тель 19, источник 20 напряжения смещения, коммутатор 21, подключенный через интегратор 22 к нуль-органу 23, блок 24 управления, генератор 25 импульсов, селектор 26, релерсивный счетчик 27, регистр 28, индикатор

29 и блок 30 индикации знака.

Неподвижные контакты. переключателя 2 соединены с выводами источника опорного напряжения один вывод 40 которого соединен с общей шиной устройства, а второй — с третьим входом коммутатора 21. Подвижный контакт переключателя 2 соединен с инвертирующим входом первого 3 и второго 5 операционных усилителей. Неинвертирующие входы первого 3 и второго 5 операционных усилителей соединены соответственно через первый 4 и второй 6 токозадающие резисторы с общей шиной устройства. Выходы первого 3 и второго 5 операционных усилителей соответственно через измеряемый резистор 11 и его первый токовый

7 и второй потенциальный 10 провода и

55 через образцовый резистор 17 и его пер вый токовый 13 и второй потенциальный 16 провода соединены соответственно. с первым и вторым входами дифференциального усилителя 19. Второй вход этого усилителя инверсный. Инвертирующий вход третьего операционного усилителя 12 через первый потенциальный 8 и первый токовый 7 провода соединен с выходом первого операционного усилителя 3, а его выход через второй токовый 9 и второй потенциальный 10 провода соединен с первым входом дифференциального усилителя 19. Аналогично через первый токовый 13, первый потенциальный 14, второй токовый 15 и второй потенциальный 16 проводя в цепь между выходом второго операционного усилителя

5 и вторым входом дифференциального усилителя 19 включен четвертый операционный усилитель 18. Неинвертирующие входы третьего 12 и четвертого

18 операционных усилителей соединены с общей шиной устройства. С третьим входом дифференциального усилителя

19 соединен источник 20 напряжения смещения, выход усилителя соединен с первым входом коммутатора 21, выход которого соединен с входом интегратора 22. Выход последнего через нульорган 23 соединен с вторым входом коммутатора 21 и входом блока 24 управления. Генератор 25 опорной частоты соединен с блоком 24 управления и через селектор 26 соединен с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 27, выход переноса которого соединен с блоком 24 управления. Информационные выходы реверсивного счетчика 27 .через регистр 28 соединены с индикатором 29. Управляющие выходы блока 24 управления соединены с переключателем.2, коммутатором 21, входом установки в ноль реверсивного счетчика 27, через блок

30 индикации знака — с индикатором

29, с входами разрешения приема информации регистра 28 и блока 30 индикации знака.

Дифференциальный усилитель содержит первый 31, второй 32 и третий 33 операционные усилители, первый 34, второй 35 и третий 36 прецизионные резисторы и четвертый резистор 37, Инвертирующие входы первого 31 и второго 32 операционных усилителей служат соответственно первым и вторым входами дифференциального усилителя.

Неинвертирующий вход первого операционного усилителя 31 через первый прецизионный резистор .34 соединен с

5 1536 общей шиной устройства, а выход - с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 33. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 32 через второй прецизионный резистор 35 соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 33, а выход соединен с общей шиной устройства. Инвертирующий вход третьего операционного усилителя 33 соединен через четвертый резистор 37 с третьим входом дифференциального усилителя, а неинвертирующий вход - с общей шиной устройства. В цепь обратной связи этого операционного усилителя включен третий образцовый резистор 36. Выход третьего операционного усилителя 33 служит выходом дифференциального усилителч.

Влок 24 управления содержит кольцевой счетчик 38, шесть RS-триггеров

39-44, пять элементов ИЛИ 45-49, делитель 50 частоты, четыре импульсных трансформатора 51-54, и два формирователя 55 и 56 импульсов.

Генератор 25 импульсов через делитель 50 частоты соединен со счетным входом кольцевого счетчика 38, Выходы этого счетчика используются следующим образом. Первый выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 46 и через первый формирователь 56 импульсов — с входом установки в "0" реверсивного счетчика

27, второй выход — с первым входом третьего элемента ИЛИ 47, третий выход не используется, четвертый выход соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 46 и R--входом шестого

RS-триггеры 44, пятый выход — с вторым входом третьего элемента ИЛИ 47, шестой выход - с входом первого элемента ИЛИ 45 и через второй формирователь 55 импульсов с регистром 28 и блоком 30 индикации знака. Выходы первого 45, второго 46 и третьего 47 элементов ИЛИ через первичные обмотки соответственно первого 51, второго 52 и третьего 53 импульсных трансформаторов соединены с общей шиной кодирующей части устройства. Кроме того, выход третьего элемента HJIH 47 соединен с S-входом пятого RS-триггера 43, R-вход этого триггера через вторичную обмотку четвертого импульсного трансформатора 54 соединен с общей шиной кодирующей части устройства, а выход — с первым вхо322 6 дом селекторз 25. S-вход шестого RSтриггера 44 через пятый элемент

ИЛИ 49 соединен с выходом формирователя 56 импульсов и выходом переноса реверсивного счетчика 27. Прямой выход этого триггера соединен с вторым входом селектора и блоком 30 индикации знака, а инверсный выход— с третьим входом селектора 26. S-входы первого 39, второго 40 и третьего

41 RS-триггеров через вторичные обмотки первого 51, второго 52 и третьего 53 импульсных трансформаторов соединены с общей шиной устройства. Выход нуль-органа 23 через четвертый элемент ИЛИ 48 соединен с Р.-входом первого 39, с S-входом четвертого 42

RS-триггеров и через первичную обмотку

20 четвертого импульсного трансформатора 54 соединен с общей шиной устройства. Выход первого RS-триггера 39 соединен с управляющим входом переключателя 2. Выход второго RS-триггера

25 40 соединен с R-входом четвертого

RS-триггера 42, выход третьего RSтриггера 41 — с В-входом второго

RS-триггера 40, выход четвертого RSтриггера 42 с В.-входом третьего RSтриггера 41. Кроме того, выходы этих триггеров соединены с управляющими входами коммутатора 21. Инверсный выход третьего RS-триггера 41 соединен с входом элемента ИЛИ 48

Селектор 26 содержит два элемента

И 57 н 58. Первые входы этих элементов соединены с генератором 25 импульсов вторые входы соединены между

l собой и служат первым входом селек40 тора. Третий вход первого элемента

И 57 служит вторым входом селектора 26, а третий вход второго элемента И 58 — третьим входом селектора

26. Выходы первого 57 и второго 58

45 элементов И соединены соответственно с суммирующим и вьгчитающим входами реверсивного счетчика.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройство переводят в исходное состояние, когда переключатель 2 находится в нижнем по схеме положении, интегратор

22 и реверсивный, счетчик 27 обнуляют, 55

Измерение производят в два цикла., В первом цикле проивзводят преобразование в код выходного напряжения ,дифференциального усилителя 19 при нижнем (по схеме) положении под1536322 (1 + 5) + U

t си (3)

15 где

R х

R и — Ф+ ) "+ э+ ! ив «,a.g

< 1 выл.3.. явь л.Э,,»

Я

11о

Нх=М( (6) Rх

) Т 1,, 4. в»

R3 дрейф напряжения смещения . первого операционного усилителя 3, R — первый токозадающий резис1 тор;

R - o6pa3Uosstp резистрр; н

6 — дрейф напряжения смещения

3 т реть ег о оп ера цио ни а го у силителя 12, !О

Напряжение на втором входе дифференциального уси равно

U = (11+6 ) «+Ь4 напряжение на инвертирующем входе второго операционного усилителя 5; дрейф напряжения смещения второго операционного усипи- 20 теля 5, измеряемое сопротивление, сопротивление второго токозадающего резистора, дрейф напряжения смещения четвертого операционного усилителя 18.

Таким образом, напряжение на выходе дифференциального усилителя равно 3О где N — результат преобразования

4 выходного напряжения дифференциального усилителя в код при закороченном входе 45 измерительной схемы, N — результат преобразования выходного напряжения дифференциального усилителя в код при подключенном к 50 входу измерительной схемы источнике образцового напряжения, вм«.3.q,< соответствующие кодам М 1 и

N выходные напряжения дифференциаль но го усилителя .

Из выражения (6 ) следует, что реэуль та т преобразования инвариант ен ») 4 114 +

6 R> R<

R R 6 р

Определим результат двухтактного интегрирующего преобразователя выходного напряжения дифференциального усилителя в код как

И =Ь, 0- "Т.Е (5)

1 где о — напряжение источника 1 опорного напряжения,, — постоянная времени интегратора в первом и четвер-, том тактах преобразования, » — постоянная времени интегратора во втором и пятом тактах преобразования, f — частота следования импульсов с генератора 25 импульсов.

Учитывая, что. результат измерения огределяется как разность результатов двух двухтактных интегрирующих пре.образований, проведенных прн закороченном и подключенном к источнику опорного напряжения входе измерительной схемы, запишем этот результат как к значению опорного напряжения и к дрейфам напряжения смещения операционных усилителей, используемых в измерительной цепи. Кроме того, данная схема позволяет производить измерение при разных токах, протекающих через образцовый и измеряемый резисторы. Значение тока задают первым и вторым токоэадающими резисторами.

Значение этого тока можно определить из соотношений:

1 — ) (7)

Uo ° IIo

Р, Р., где L — ток, протекающий через образцовый резистор;

1536322

12. I — ток, протекающий через измеряемый резистор.

Значением резисторов R> и R< задают номинальное значение измеряемого резистора ки RzR+

R ном (8) При этом результат измерения равен отклонении измеряемого резис.тора от заданйого значения 3.,„„„. DpH этом значение R N может значитель( но отличаться от значения В„.

Блок управления работает следующим образом.

Делитель 50 частоты формирует им-! пуль сы с периодом следования Т . 3 начение Т выбирают кратным периоду помехи, воздействующей "«a вход уст, ройства. При преобладании помех частотой 50 .Гц питающей сети значение

Т = 20 мс. На выходах кольцевого счетчика 38 формируются шесть сдвинутых во времени импульсов,цлитель.ностью Т. Передним фронтом импульсов, поступающих с первого и четвертого ( выходов кольцевого счетчика 38, втоI рай RS-триггер 40 устанавливается в единицу, что приводит к замыканию ключа коммутатора 21 подключающего т выход дифференциального усилителя 19 к интегратору 22. Передним фронтом импульсов, поступающих с второго и .пятого выходов кольцевого счетчика

38, третий RS-триггер 41 устанавли.. вается в единицу, что приводит к сбросу в ноль второго RS-триггера 40, и вместо дифференциального усилителя к интегратору 22 подключается источник 1 опорного напряжения. Кроме того, с инверсного выхода третьего

RS-триггера 41 на выход четвертого элемента ИЛИ 48 поступает разрешение приема сигналов нуль-органа 23. Четвертый RS-триггер 42 устанавливается в единицу сигналом срабатывания нуль-органа 23, что приводит к установке в ноль третьего RS-триггера 41 и к входу интегратора 22 вместо источника 1 опорного. напряжения подключается выход нуль-органа 23. Происходит обнуление интегратора 22.

Четвертый RS-триггер 42 находится в единичном состоянии до момента перехода в единичное состояние второго RS-триггера 40, после чего он сбрасывается в ноль, Первый 3$-триггер 39 управляет переключателем 2, Единица на его выходе соответствует подключению подвижного контакта переключателя 2 к общей шине устрайст5 ва, Этот триггер устанавливается в единицу передним фронтом импульса, поступающего с шестого выхода кольцевого счетчика 38. Установка в ноль производится сигналом срабатывачия пуль-органа 23, Пятый КБ-триггер 43 служит для формирования интервала времени, равногo времени разряда интегратора 22 опорным напряжением.

8-вход этого триггера работает по переходу из нопя в единйцу. Пятый

RS-триггер 43 переводится в единицу импульсами, поступающими с второго и пятого выходов кольцевого счетчика

38 а установка в ноль нроизвадится в момент срабатывания нуль-органа 23.

Единица на выходе этого триггера разрешает прохождение импульсов с генератора 25 на суммирующий либо вы25 читающий входы реверсивного счетчика 27. Выбор входа реверсивного счетчика 27 осуществляется шестым RSтриггером 44 ° Единица на его прямом выходе соответствует выбору суммирующего входа реверсивного счетчика 27, а ноль — вычитаюшего входа. Установка этого триггера в единицу асушествляется сигналом окончания цикла преобразования, формируемого формирователем 56 импульсов по переднему

35 фронту импульса, поступающего с первого выхода реверсивного счетчика

38, и сигналом г.ерехада через ноль реверсивного счетчика 27. Установка в ноль производится в момент начала четвертого такта преобразования путем подачи импульса на R-вход с четвертого выхода кольцевого счетчика.

Таким образом, на время разряда интегратора 22 во втором такте преобразования импульсы с генератора поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 27, По окончании второго такта в реверсивном счетчи50 ке фиксируется число импульсов N .

В начале пятого такта разрешается прохождение импульсов На вычитающий вход реверсивного счетчика 27 . Если

R>, ) Кя, то время разряда интегратора в пятом такте меньше времени ега

55 разряда во втором такте, т.е. число прошедших на реверсивный счетчик импульсов меньше в пятом такте числа

М<. В шестам такте в реверсивном

1 S36322! счетчике записано число N -N а в блок,ЗО индикации знака записан ноль.

Если К„с R, то время разряда интегратора 22 в пятом такте больше его разряда во втором такте. Это означает, что число прошедших в пятом такте импульсов на реверсивный счетчик 27 больше числа 1 0, т.е. по окончании пятого такта в реверсивном счетчике должен образовываться код

N N, который для индикации требует преобразования в дополняющий код

N3 доп. Перевод пятого RS-триггера

44 в единичное состояние сигналом перехода в ноль реверсивного счетчика 27 позволяет изменить вычитание числа импульсов N с N в суммирование, т.е. в момент достижения числоимпульсным кодом значения N) на- . чать формировать N доп . путем сум3

f мирования импульсов разности N,-N

В шестом такте в реверсивном счетчике 27 находится код N доп., а в блок индикации знака записана едини- 25 ца. Сигнал разрешения записи кбда, находящегося в.реверсивном счетчике

27, в регистр 28, и состояния шестого RS-триггера 44 в блок 30 индикации знака производится импульсом, по- О ступающим с формирователя 55 импульсов.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения отклонения сопротивления от заданного значения, содержащее образцовый резистор, дифференциальный усилитель, выход которого через коммутатор соеди- 4О нен с интегратором, выход интегратора через нуль-орган соединен с вторым входом коммутатора и с блоком управления, а генератор импульсов соединен с блоком управления и через се- 45 лектор с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого через регистр соединен;с индикатором, управляющие выходы блока управления соединены с селектоРом, реверсивным счетчиком, регистром, блоком индикации знака, который соединен с индикатором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него

Введены источник опорного напряжения, переключатель, четыре операционных усилителя, два токозадающих резистора и источник напряжения смещения, при зтом источник опорного напряжения подключен к третьему входу коммутатора и к неподвижному контакту переключатеЛя, управляющий вход которого соединен " блоком управления, второй неподвижный контакт переключателя соединен с другим выводом источника опорного напряжения и общен шиной, подвижный контакт переключателя соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, неинвертирующие входы которых соединены через первый и второй токозадающие резисторы соответственно с общей шиной, выход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и через образцовый резистор — с первым входом дифференциального усилителя и выходом третьего операционного усилителя, выход второго операционного усилителя с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей соединены с общей шиной, а выход источника напряжения смещения соединен с третьим входом.дифференциального усилителя, причем зажимы для подключения измеряемого резистора соединены,с инвертирующим входом и выходом третьего операционного усилителя. 2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что дифференциальный усилитель содержит три операционных усилителя и три прецизионных резистора, причем инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены с первыми двумя входными клеммами дифференциального усилителя, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через первьцл прецизионный резистор соединен с общей шиной устройства, неинвертирующий вход второго операционного усилителя через второй образцовый резистор соединен с инвертирующим входом третьего операцион-! ного усилителя, с которым соединен выход первого операционного усилителя, с инвертирующим входом и выходом третьего операционного усилителя соединены выводы третьего прецизионного резистора, выход третьего операционного усилителя соединен с выходной

15 !

)536322 клеммой дифферецниального усилителя, выход второго onерационного усилителя и неинвертирующий вход третьего операционного усилителя соединены с об5 щей шиной, инвертирующий вход третьего операционного усилителя через четвертый резистор соединен с третьей входной клеммой.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управ1 ления содержит делитель частоты, кольцевой счетчик, пять элементов ИЛИ, шесть RS-триггеров, четыре импульсных трансформатора и два формирователя импульсов, причем генератор импульсов через делитель частоты соединен с

1 кольцевым счетчиком, шестой выход которого через первый элемент ИЛИ и первый импульсный трансформатор.соединен с S-входом первого RS-триггера, первый и четвертый выходы кольцевого счетчика через второй элемент ИЛИ и второй импульсный трансформатор соединены с входом второго RS-триггера, 25 второй и пятый выходы кольцевого счетчика через третий элемент ИЛИ и третий импульсный трансформатор соединены с S-входом третьего RS-триггера, выход первого RS-триггера соединен Зп с информационным входом переключателя, выход второго RS-триггера соединен с управляющим входом коммутатора и с R-входом четвертого RS-триггера, прямой выход третьего RS-триггера соединен с управляющим входом коммутатора и с R-входом второго RSтриггера, инверсный выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, выход четвертого RS-триг- 4О гера соединен с управляющим входом коммутатора и R-входом третьего RSтриггера, выход нуль-органа через четвертый элемент ИЛИ соединен с Sвходом четвертого и R-входом первого

RS-триггеров, выход четвертого элемента ИЛИ через четвертый импульсный трансформатор соединен с R — âõoäîì пятого RS-триггера, S-вход которого. соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, выход пятого RS-триггера соединен с первым входом селектора, первый выход кольцевоro счетчика через первый формирователь импульсов соединен с входом установки в ноль ре версивного счетчика, шестой выход кольцевого счетчика через второй формирователь импульсов соединен с регистром и блоком индикации знака, четвертый выход кольцевого счетчика соединен с К-входом шестого RS-триггера, S-вход которого через пятый элемент ИЛИ соединен с выходами первого формирователя импульсов .и реверсивного счетчика, прямой выход шестого RS-триггера соединен с блоком индикации знака и вторым входом селектора, инверсный выход шестого RSтриггера соединен с третьим входом селектора. ! +. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что селектор содержит два элемента ЗИ, первые входы которых соединены с четвертой входной клеммой, вторые входы элементов ЗИ соединены с первой входной клеммой, третий вход первого элемента ЗИ соединен с второй входной клеммой, третий вход второго элемента ЗИ соединен с третьей входной клеммой, выходы первого и второго элементов ЗИ соединены соответственно с суммирующим . и вычитаюшим входами реверсивного с.- етчика.

1536322

1536322

1т Гт 3т йт 5r 8r fr Г1 Зт 4 5т бт

Составитель В. Стукан

Техред И, Ходанич Корректор В. Кабаций, Редактор М. Петрова

Заказ 106 Тираж 541 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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