Резистивный делитель напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве электроизмерительных приборов, их поверке и калибровке. Цель изобретения - повышение точности деления напряжения и эффективности использования схемных элементов делителя. Устройство состоит из последовательно соединенных выходной и четырех входных ступеней, каждая из которых состоит из последовательно соединенных постоянных резисторов и подстроечных резистивных схем. В результате образуется схема деления постоянного напряжения на постоянных резисторах 7-34 и подстроечных резистивных схемах 16, 18, 20, 31, 33, 35, электрически соединенных с контактными гнездами 36-65. Через эти гнезда с помощью вилок 66-70 обеспечивается коммутация резисторов 7-35 и их престройка в мостовые измерительные схемы с нуль-органом и источником питания. Введение дополнительных ступеней деления напряжения, так и в качестве элементов плеч моста при автономной подстройке и поверке коэффициентов деления позволяют исключить использование внешних подключающих устройств, например мостов, потенциометров, а также погрешности измерения и настройки, вносимые внешними устройствами. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 G 01 R 17/20 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

$7 бб

Cbc1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

1 (21) 4609624/24-07 (22) 28.11.88 (46) 23.10.90. Бюл. М 39 (71) Кишиневский научно-исследовательский институт электроприборостроения (72) Ю.И,Колпакович, И.Я.Данилюк и И.И.Гришанов (53) 621.314,1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 607316, кл. Н 02 М 3/06, G 01 R 35/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 675555, кл, Н 02 М 3/06, G 01 R 13/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 1089729, кл. Н 02 М 3/06,,1982.

9$

$7

98

$9

40 и

97

И

9$

® бй

И

49

S0

Sl

Л

$9

SS

$$

$7

SS

$9

Мб7 — $1

dt бб

$0

$$ Ы 1601588 А1 (54) РЕЗИСТИВН6!Й ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве электроизмерительных приборов, их поверке и калибровке. Цель изобретения — повышение точности деления напряжения и эффективности использо-. вания схемных элементов делителя, Устройство состоит из последовательно соединенных выходной и четырех входных ступеней, каждая из которых состоит из последовательно соединенных постоянных резисторов и подстроечных резистивных схем, В результате образуется схема деления постоянного напряжения на постоян1601588

25

35

45 ных резисторах 7 — 34 и подстроечных реэистивных схемах 16, 18, 20, 31, 33, 35, электрически соединенных с контактными гнездами 36 — 65. Через эти гнезда с помощью вилок 66-. 70 обеспечивается комму : тация резисторов 7 — 35 и их перестройка в

::,мостовые измерительные схемы с нуль-ор; . ганом и источником питания. Введение до:; :полнительных ступеней деления и использование одних и тех же схемных элеИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве электроизмерительных приборов, их поверке и калибровке, а также для точных измерений в широком диапазоне напряжений.

Цель изобретения — повышение точности деления напряжения и эффективности использования схемных элементов делителя.

На фиг.1 представлена электрическая схема резистивного делителя напряжения; на фиг.2 — подстроечная резистивная схема; на фиг.3 и 4 — мостовые измерительные схемы автономной подстройки и поверки делителя напряжения, образованные из цепи делителя.

На схемах обозначены зажимы 1 — 6 входа и выхода, реэистивные элементы 7—

35, образующие делитель и соединенные электрически с контактными гнездами 36—

65, через которые посредством вилок 66—

70 обеспечивается коммутация (преобразование) резистивных элементов 7 — 35 и их перестройка в мостовые измерительные схемы с нуль-органом 71 и источником 72 питания при автономной подстройке, поверке и работе делителя.

Выходная ступень между зажимами 5 и

6 выполнена на постоянном резисторе 34, последовательно которому подключена подстроечная резистивная схема 35, представляющая собой (фиг.2) две последовательно, включенные совокупности резисторов — "Грубо" и "Точно", в каждой из которых содержатся по два постоянных резистора 35-1, 35-2 и 35-3, 35-4, включенных параллельно друг другу, и один переменный .(подстроечный) резистор 35-5, 35-6 с последовательным подсоединением одного переменного резистора к одному постоянному резистору. Аналогичное схемное построение у всех подстроечных резистивных схем

16, 18, 20, 31 и 33, входящих в другие ступени делителя напряжения. ментов как в качестве ступеней деления напряжения, так и в качестве элементов плеч моста при автономной подстройке и поверке коэффициентов деления позволяют исключить использование внешних подключаЮщих устройств, например мостов, потенциометров, а также погрешности измерения и настройки, вносимые внешними устройствами. 4 ил.

Входные ступени 1 — IV, ограниченные зажимами 1, 2; 2, 3; 3, 4 и 4, 5, соединены с выходной ступенью с помощью вилок 69 и

70.

Первая входная ступень выполнена на постоянном резисторе 32 и подключенной к ему последовательно подстроечной резистивной схеме 33. Такое же построение третьей входной ступени, ограниченной зажимами 2 и 3, у которой также имеется постоянный резистор 19 и идентичная схеме

33 подстроечная резистивная схема 20, Вторая и четвертая ступени, соответственно ограниченные зажимами 1,2 и 3,4, содержат по трансферу из резисторов 21 — 29 и 7 — 14 (под которым понимается цепь резисторов, выполненная с возможностью ее преобразования из последовательного соединения резисторов в параллельное, и наоборот), а также постоянные (дополнительные) резисторы 15, 17 и 30 и идентичные подстроечные резистивные схемы 16, 18 и

31, подключенные соответственно по одной к одному из резисторов 15, 17 и 30.

Подстройка коэффициента деления делителя напряжения определяется в схеме моста (фиг,3 и 4), плечи сравнения которого образованы подстраиваемой ступенью делителя напряжения и опорным элементом, в качестве которого используют: при подстройке первых двух коэффициентов деления делителя — трансфер (резисторы 21 — 29) второй входной ступени делителя напряжения, а при подстройке вторых двух коэффициентов деления — последовательно включенные выходную, первую и вторую входные ступени делителя напряжения.

Плечи отношения образованы первой и третьей входными ступенями делителя и

40 цепью их постоянного резистора и подстроечной резистивной схемы второй или четвертой ступени делителя напряжения. При

- этом методическая погрешность плеч отношения моста устраняется подстройкой их сопротивления до получения равенства отсчетов указателя равновесия моста при вза1601588

=1000; (6) (2) (3) =10; (4) имной перестановке плеч отношения, Методическая погрешность делителя напряжения устраняется подстройкой ступени делителя напряжения до нулевого отсчета указателя равновесия моста и подстройкой 5 ступени делителя напряжения и цепи резисторов, образующих плечи отношения моста, до получения нулевого отсчета указателя равновесия при взаимной перестановке одного иэ плеч отношения и плеча сравнения, 10 образованного трансфером, с одновременным переключением параллельного соединения резисторов трансфера на последовательное.

-" При этом формирование схемы моста; 15 переключение и перестановка его плеч осуществляются с помощью вилок, причем используется один комплект вилок при подстройке как первых, так и вторых двух коэффициентов деления делителя напряже- 20 ния, а формирование рабочей схемы делителя напряжения осуществляется с помощью двух идентичных вилок.

При этом диапазон подстройки сопротивления цепи (второй или четвертой ступе- 25 ни делителя напряжения) выбирается таким, чтобы возникающее ограничение при подстройке сигналиэировало о недопустимом изменении сопротивления резисторов опорного элемента, а необходимая 30 дискретность подстройки сопротивления низкоомных ступеней делителя напряжения обеспечивается с помощью подстроечной резистивной схемы.

Номинальные значения сопротивления 35 резисторов, из которых состоит делитель напряжения, удовлетворяют следующим равенствам:

R1 = RS = RS = 10 = 811 = 12 = R13 = R14 = 40

=R15+ 16 = ЙП + R16 = 1Я + R20 = 900 (R34+

ВЗ5)

R21 = Йгг = 23 = Й24 = б25 = 26 = 27 =

=-Ягв = R2g = R30 + R31 = Изг + 3" = 9x(R34 + 45

+R35).

Коэффициенты деления делителя напряжения определяются из соотношений

R1 + 1 вых R32 + ЙЗЗ + R34 + R35 50

К10

Ввых R34 + R35

К

Ввых 55

R21+... + R31R32 + R33 + 34 + R35 — 100

R34 + R35 йц1 + йц + В1 + Явых

К1ooo

Йвых

R1g +... + Я31 + R32 + ЙЗЗ + Й34 + ЙЗ5

RlV+ ЙШ+ЙИ+Rl+Йвых

К10000— вых — R7 + + R335 5— 10000 .

R34 + R35

Порядок автономной подстройки и поверки, Нуль-орган 71 подключается к входным зажимам 4 и 5, а источник 72 питания— к зажимам 3 и 6, как показано на фиг.3, включается контактная вилка 66 в гнезда 51—

53 — 55-57-59-64, 50 — 52 — 54-56-58—

60, 61 — 62, 63 — 65. При этом образуется мостовая схема, плечи сравнения которой образованы подстраиваемой ступенью 5-6 делителя напряжения и опорным элементом, образованными трансфером из параллельно соединенных резисторов 21 — 29, плечи отношения образованы первой ступенью 4-5 и цепью резисторов 30 — 31 второй ступени 3-4 делителя напряжения.

Отсчет а1 нуль-органа 71; а1 = S (д34,35 — дзг,зз — до + дзо,31), (7) где S — чувств.:-: ельность мостовой схемы; дз4,35, дзг,зз и ">ю,з1 — относительные погрешности сопротивлений, образующих плечи моста; до — относительная погрешность опорного элемента.

Поскольку подстройка и поверка ведутся по отношению к опорному элементу, то можно принять до = О. устанавливается новый отсчет а1 нульI органа 71: а1 = О изменением сопротивлеl ния плеча 32, 33 отношения моста (первой ступени делителя напряжения).

При этом из (7) получается д34,35 дзг,зз + д30,31 =.до = О . (8) Затем включается вилка 67 в гнезда 51—

53 — 55 — 57 — 59 — 64, 50 — 52 — 54 — 56 — 5863, 60 — 65, 61 — 62. При этом плечи отношения моста меняются местами, как показано на фиг.3 (обозначение в скобках), 1601588

Отсчет с2 нуль-органа 71: ж = 8 (д34,35 + Ж2,33 — до - дзо,31 ), (9) Подстраиваетря другое плечо 30. 31 от: ношения мбста (цепь резисторов второй

: ступени делителя напряжения) регулировкой переменных резисторов подстроечной схемы ф1 так, что новое показание нуль-органа

Щ! 2 (10) Тогда с учетом (S) и (10) д34,35+ ®,33+ д34.35 - 2Д

Подставляем в (11) выражение для

Жо,31 иэ (8): д34,35 + д32,33 до + д34,35 д32,33

2 25 или

30 (12) <Яо,31 = д32,33 = д34,35 = до, (15) дзо,31 = д32,33 °

Затем регулировкой сопротивления плеча 34,35сравнения моста(выходной ступени делителя напряжения), регулировкой 35 переменных резисторов подстроечной ре зистивной схемы 35 добиваются нового отсчета а нуль-органа: а2 и = 0 и тогда с учетом (12) из (9) получим

Ж4,35 = до (13) Таким образом, выходная ступень делителя напряжения подстроена по опорному элементу.

Затем включается вилка 68 в гнезда 50—

60, 61 — 64, 59 — 62, 63 — 65. При этом образуется мостовая схема, показанная на фиг.4, гДе по сравнению со схемой фиг,3 производится взаимная перестановка плеча 30, 31 отношения моста и плеча сравнения — опорного элемента, образованного трансфером из постоянных резисторов 21—

29 с одновременным переключением параллельного соединения резисторов трансфе- 55 ра на последовательное.

Относительная погрешность опорного. элемента после параллельно-последовательного преобразования с точностью до = д34.35 + дЫзз — до — Ао,31 величины второго порядка малости равна относительной погрешности опорного элемента до преобразования д>, так как погрешность параллельно-последовательного преобразования равна —,аi, где n—

1 2

nl =1 число резисторов трансфера; а — отклонение сопротивления i-го резистора трансфера от среднего значения сопротивления.

Отсчет а3 нуль-органа 71:

I23 = s (д34,35 — д32,33 — дзо,31 + до ) . (14) Регулировкой сопротивления плеча 32, 33 моста (первой ступени делителя напряжения) с помощью переменных резисторов подстроечной резистивной схемы 33 добиваются нового показания аз нуль-органа:

I йз = —, затем регулировкой сопротивле(Щ ния плеча 30, 31 моста (цепи резисторов второй ступени делителя напряжения) с помощью переменных резисторов подстроечной реэистивной схемы 31 добиваются показания нуль-органа а3 =О.

И

После этого с учетом (12) и (13) из (14) получается т.е, выходная, первая и группа резисторов второй ступени делителя напряжения подстроены по опорному элементу {цепочки резисторов второй ступени). Поскольку относительные погрешности всех ступеней равны, то получаем окончательно точные выражения, выраженные формулами (3) и (4) для первых двух коэффициентов деления

Кю и К1оо.

Для формирования последовательного соединения ступеней целителя напряжения включается вилка 70 в гнезда 59 — 60, 61—

62 и 63 — 64.

Аналогично производится подстройка двух других коэффициентов деления делителя напряжения К1ооо и К1оооо регулировкой сопротивления третьей и четвертой ступеней, причем в качестве опорного элемента используются подстроечные выходная, первая и вторая ступени делителя. Коммутация ступеней осуществляется теми же вилками

66 — 68, Окончательно после подстройки и получаем также точные выражения для коэффициентов деления К1ооо и К1оооо по формулам (5) и (6), Аналогичным образом производится автономная поверка делителя напряжения, 1601588

10 только при поверке регулировка сопротивлений ступеней не проводится, а производятся только отсчеты показаний нуль-органа 71 а1, аг и с . Затем решением системы уравнений из выражений (7), (9) 5 и (14) находят искомые относительные погрешности ступеней делителя и погрешности коэффициентов деления, Для контроля чувствительности S схемы 10 моста в ступенях делителя напряжения имеюТся "процентные" сопротивления, включаемые кнопкой последовательно с резисторами ступени (не показаны). "Процентное" сопротивление вносит дополнительную погреш- 15 ность, равную 0,017 „в относительную погрешность делителя напряжения и позволяет объективно оценивать чувствительность S схемы и регулировать последнюю, с помощью изменения выходного напряжения источника 20

72 питания.

Диапазон подстройки сопротивления цепи второй или четвертой ступени делителя напряжения с помощью подстроечных резистивных схем выбирается исходя из до- 25 пустимой погрешности делителя напряжения, обусловленной при подстройке практически составляющей погрешности опорного элемента, обусловленной погрешностью параллельно-последовательного 30 преобразования дрз =-1 " .а г

rll =1 (16) вызванной отклонением сопротивления каждого i-го сопротивления трансфера от среднего значения.

Поскольку для отклонений от среднего: справедливо,1,я = О, 45 то для К-го резистора цепочки (17) 50 дрз = — а +-а„ вЂ” г 1 г п и (18) Заменив в (16) отклонения а1 некоторым средним значением а, кроме а, К-го резистора, получим выражение для погреш- 55 ности последовательно-параллельного преобразования:

С учетом (17) составляющая погрешности параллельно-последовательного преобразования от изменения К-го резистора

1 A — I

Q 2

«и и

Таким образом, допустимое значение погрешности делителя напряжения, обусловленное изменением сопротивления опорного элемента от изменения сопротивления резистора трансфера, определяет диапазон подстройки ступеней делителя напряжения, т.е. и — 1 и (20) На фиг.2 показана резистивная подстроечная схема 35, состоящая из двух схем точной и грубой подстройки.

Рассмотрим работу схемы на примере точной подстройки. Последовательно с подстроечным резистором 35-6 включен последовательный резистор 35-3 и параллельно им включен резистор 35-4. Номинальные значения сопротивлений последовательного 35-3 и параллельного.35-4 резисторов находят исходя из номинального значения сопротивления имеющегося подстроечного где в качестве а принимается нормируемое значение погрешности резисторов трансфера (отклонение от номинального), задаваемое в технической документации на применяемые резисторы.

Таким образом, возникающее ограничение при подстройке — выход за диапазон подстройки — сигнализирует о недопустимом изменении резисторов опорного элемента.

Дискретность подстройки низкоомных ступеней делителей напряжения обусловливается разрешающей способностью,и подстроечных резисторов, составляющей порядка 0,5 — 1 от номинального значения сопротивления подстроечного резистора.

Поскольку при дискретности подстройки d =

=10 сопротивленйя низкоомной ступени, например R»> = 1 кОм, необходимое общее сопротивление подстроечного резистора составляет 0,1 Ом при разрешающей способности 0,001 Ом. Практически таких резисторов не существует.

Включение подстроечного резистора с последовательно соединенным постоянным резистором и параллельно ему соединенным другим постоянным резистором образует резистивную схему точной подстройки, 1601588

12 резистора 35-6, дискретности подстройки d и допустимой нелинейности подстройки 0 по формулам

ЯЗВ =4 = — g

1 б

35 - 6 RBblX р (21) R35.-6 1 — 2 6

Ibs =з—

R35 — 4 (22) где О-, нелинейность подстройки (в относительных единицах);

Ивах — сопротивление подстраиваемой ступени делителя напряжения;

d — необходимая дискретность подстройки сопротивления (в относительных единицах); р- разрешающая способность переменного резистора.

Аналогично рассчитываются значения сопротивлений резисторов 35-1 и 35-2 грубой схемы подстройки и схем подстройки сопротивлений других ступеней делителей напряжения, Повышение точности делителя напряжения достигается за счет следующих факторов.

Автономности подстройки и поверки, Не вносятся погрешности из-за наличия и вариаций переходных сопротивлений внешних подключающих устройств, что происходит при настройке других делителей напряжения с помощью внешних мостов, потенциометров и т.п. Автономность подстройки и поверки позволяют исключить погрешности, которые возникают при подстройке делителей с помощью внешних мостов и потенциометров: за счет изменения режима измерений (токов и напряжений) при измерении различающихся сопротивлений плеч делителя и ограниченных возможностей по точности и чувствительности мостов и потенциометров.

Комплектность настройки, Все резисторы плеч моста (делителя) одновременно присутствуют при всех переключениях, измерениях, т.е. происходит взаимная подстройка.

При иных способах и реализующих эти способы устройствах плечи делителя подстраи5 ваются. раздельно при отключении неподстраиваемых плеч, что способствует возникновению дополнительных погрешностей от нагрева рабочим током, термо-ЭДС, от кратковременной нестабильности резисторов.

10 Более полное использование схемных элементов делителя происходит за счет того, что одни и те же функциональные элементы делителя (резисторы, резистивные схемы) ис- пользуются как элементы ступеней делителя

15 и как элементы плеч моста при автономной подстройке делителя и поверке коэффициентов деления делителя.

Формула изобретения

Резистивный делитель напряжения постоянного тока, содержащий последовательно соединенные выходную ступень на постоянном резисторе, первую входную

25 ступень из цепочки постоянных резисторов, схемы подстроечного и дополнительного резисторов и резистивный измерительный мост, отл и чаю щи йся тем,что, с целью повышения точности деления напряжения и

30 эффективности использования схемных элементов делителя, последовательно с первой входной ступенью включены по меньшей мере три дополнительно введенные входные ступени, каждая из которых

35 состоит из последовательно соединенных постоянных резисторов и схемы подстроечных резисторов, причем схемы подстроечных резисторов второй и четвертой входных ступеней идентичны соответственно схе40 мам подстроечных резисторов первой и третьей входных ступеней, а вся цепь резисторов всех ступеней, образующих делитель, выполнена с возможностью ее преобразования в четырехплечий резистив45 ный измерительный мост.

1601588

ТОЧНО

1601588 Составитель Л.Чстинкина

Редактор О,Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 3269 Тираж 558 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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