Измеритель больших сопротивлений трехполюсных объектов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения больших сопротивлений трехполюсных объектов, например, объемных и поверхностных сопротивлений диэлектриков с применением трех электродов. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Предлагаемый измеритель содержит электрометрический усилитель 1, в состав которого входит инвертирующий усилитель 3, образцовый элемент 4, ключ 5, источник 9 постоянного напряжения и зажимы для подключения трехполюсного объекта. Введение дополнительного усилителя и новых связей позволяет уменьшить влияние выходного сопротивления трехполюсного объекта на процесс измерения, вследствии чего повышается точность измерения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А3 (5))5 С О1 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 .(21) 4183709/24-21 (22) 19.01.87 (46) 23.07.90. Бюл, № 27 (72) А.М. Кандыбко (53) 621.317.77 (088.8) (56) Илюкович А.М, Методы измерения больших сопротивлений. — Измерительная техника, 1979, № 3, с. 25-28.

Там же, 1978, ¹- 12, с . 50-53. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ БОЛЬШИХ СОПРОТИВЛЕНИИ ТРЕХПОЛ10СНЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к электроизмернтельной технике и может быть использовано для определения больших сопротивлений трехполюсных объектов, например, объемных и поверх2 ностных сопротивлений диэлектриков с применением трех электродов. Цель изобретения — повышение точности пре-. образования. Предлагаемый измеритель содержит электрометрический усилитель 1, в состав которого входит инвертирующий усилитель 2, дополни.тельный усилитель 3, образцовый элемент 4, ключ 5, источник 9 постоянного напряжения и зажимы для подключения трехполюсного объекта. Введение дополнительного усилителя и новых связей позволяет уменьшить влияние выходного сопротивления трехполюсного объекта на процесс измере" ния, вследствие чего повышается точность измерения. 1 ил.

1580287

Изобретение относится к электроизмерительной технике для определения больших сопротивлений трехполюсных объектов, в частности для определения объемных и поверхностных сопративлений диэлектриков с применением трех электродов., Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет

1О уменьшения влияния выходного сопро.тивления трехполюсного объекта.

На чертеже приведена структурная электрическая схема преобразователя.

Измеритель больших сопротивлений состоит из электрометрического усилителя 1, в состав которого входит инвертирующий усилитель 2, усилитель

3 с неинвертирующим и инвертирующим входами, образцовый элемент 4, ключ 2р

5 и выходные клеммы 6 и 7, соединенные с измерительным блоком 8, причем неинвертирующий вход усилителя 3 явля-. ется входом электрометрического усилителя 1, а инвертирующий вход уси- 25 лителя 3 соединен с его выходом и входом инвертирующего усилителя 2, выход инвертирующего усилителя 2 соединен с выходной клеммой 6, образцовым элементом 4 и ключом 5, образцовый элемент 4 и ключ 5 соединены также с входом электрометрического усилителя 1, выходная клемма 7 соединена с общей шиной преобразователя, источник 9 постоянного напряже- 15 ния одним полюсом соединен с первой клеммой !0 для подключения трехполюсного объекта, а другим полюсом— общей шиной преобразователя, вторая клемма 11 для подключения трехполюс- 4Q ного объекта подключена - к входу электрметрического усилителя 1, а . третья клемма 12 для подключения трехполюсного объекта соединена с инвертирующим входом усилителя 3. 45 !

Измеритель больших сопротивлений работает следующим образом.

К клеммам 12,10,11 подключен трехполюсный объект 13 (см. чертеж) где R — измеряемое сопротивление

13 R — выходное сопротивление 14

% трехполюсного объекта; R — входное сопротивление 15 трехполюсного объекта; I и I — токи, протекающие по соответствующим сопротивлениям.

Составим согласно чертежу уравнения по законам Кирхгофа с учетом того, что в начальный момент времени емкость образцового элемента 4 не за-, 1 ряжена:

I(Iy + Io)

Е - $U — U I R, Б = ? К

Кр

Uoc 6U U Io 1 -QC R1 о о

Учитывая, что

Uoc

И= ——

Кз U

U ос К

U кпй аU = вЂ”К Кз где К,К з - коэффициент усиления усилителей 2 и 3, систему уравнений Кирхгофа можно записать следующим образом. I

Ia + Io

U U

Е- — — -- — =IR

КгФз Кг

I R

U г г г 3

U U R

+ — -+U I

+ 3 OR

При К >) 1 и К » 1 во втором и четвертом уравнениях можно пренебречь малыми величинами, тогда уравнения преобразуются к виду:

I(= I + I

Е- — = I R

К й

I Rg

КгК где Ic — ток, протекающий по образцовому элементу;

Со - емкость образцового элемен та;

К О вЂ” сопротивление образцового элемента; б 0 — разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом усилителя 3;

U < — напряжение на выходе электрометрического усилителя 1;

Š— напряжение источника 8 постоянного напряжения.

1580287 6 усилителя напряжение будет описываться уравнением:

Ro

U-Т

I о1 у Рего

У

1+ --- ——

К1К 21 2

Т (р) - Т (р) + Т (p), — - = > (р)1

П()

l о К2Кз г ъ — = Т (р)

П(р)

U(p) =

=Т (р) — — —— о 1+т.С R

О О 15

U—

2

К2Сой 1

Учитывая дуальность образцового элемента, можно создать измеритель больших сопротивлений с емкостным и резистивным образцовым элементом.

Для измерителя с емкостным образцо-. вым элементом можно удовлетворить условие, когда R оw Кф „тогда члеK2Rt ном †-- можно пренебречь и напряжео ние на выходе измерителя можно записать в следующем виде .

В.

KS R2.

1-ехр (- — — ---- t)

K2-Со "

К 2.Е

U = — ——

R(1+ —-КР2

I

Разложим экспоненциальный член уравнения в ряд Тейлора и после сокращений напряжение на выходе измерителя примет вид

R<

1 +

KRR2 (1

2K2CoR

U=-—

C К

Из сравнения точности с прототипом видно, что измеритель имеет в

К> раэ меньшую относительную погрешность.

Для измерителя с резистивным образцовым элементом можно удовлетворить условие, когда R ac K2R» тогда после деления числителя и знаменателя установившегося значения напряжения на выходе электрометрического

55

Для нахождениг U воспользуемся операторным методом. С учетом этого полученная система в операторной форме имеет вид:

Решая систему уравнений относи-, тельно U получим

KzE

R4 К2ь

1 — ехр»

1+" — + ——

K R2

R(К2К

1 + — -- + (К 22 R ) т.е. подбирая К, можно добиться того же эффекта, что и в емкостном варианте.

Положительный эффект достигается за счет уменьшения влияния выходного сопротивления трехполюсного объекта путем уменьшения тока утечки через него с помощью подачи компенсирующего напряжения, приблизительно равного напряжению на неинвертирующем входе усилителя 3, т.е. как бы происходит кажущееся увеличение значения выходного сопротивления трехполюсного объекта.

Формула изобретения

Измеритель больших сопротивлений трехполюсных объектов, содержащий электрометрический усилитель, состоящий из инвертирующего усилителя, параллельно соединенных образцового элемента и ключа, включенных между входом и выходом электрометрического усилителя, выходные клеммы преобразователя, соединенные с измерительным блоком, одна из которых соединена с выходом инвертирующего усилителя, другая — с общей шиной преобразователя, источник постоянного напряжения и три клеммы для подключения трех трехполюсного объекта, первая из которых соединена с первым полюсом источника постоянного напряжения, вторая — с входом электрометрического усилителя, а второй полюс источника постоянного нагряжения соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в электрометрический усилитель введен дополнительный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами, при этом неинвертирующий вход дополнительного усилителя соединен с второй клеммой для подключения исследуемого объекта, вход инвертирующего усилителя соединен с инвертирующим входом и выходом дополнительного усилителя и третьей клеммой для попключения исследуемого объекта,