Многозначная мера электрического сопротивления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 03 Н 3/00 ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ССР

ССР) АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р к т а

P и и э и с д

КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1) 4737592/24

2) 26.07.89

6) 30.08.93.Бюл, ¹ 32

1) Кишиневский научно-исследователький институт электроприборостроения

2) А.M.×åðíîâ, Е,Я,Бадинтер, .И.Гришанов, С.К.Зотов

А.В.Торкунов б) Авторское свидетельство СССР

817983, кл. Н 03 Н 3/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

940275. кл. Н 03 Н 3/00, 1982.

4) МНОГОЗНАЧНАЯ МЕРА ЭЛЕКТРИЧЕКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

7) Изобретение относится к электроизмеительной и электронно-вычислительной хнике и предназначено для использоваия в качестве программируемой многоначной меры электрического

Изобретение относится к электроизметельной и электровычислительной технии предназначено для использования в честве программируемой многозначной еры электрического сопротивления

МЭС) — точного преобразователя кеда в противление, используемого в системах томатической поверки и контроля параетров контрольно-измерительной аппарары, а также в устройствах вывода алоговых сигналов из ЭВМ, входящих в зличн ые измерительно-вычислительные и электромоделирующие гибридные комексы из средств электроизмерительной и ектровычислительной техники.

Известно устройство — двухполюсник. едназначенное для моделирования резиоров с низкой шумовой температурой, соржащее операционный усилитель (OY), » 5U ÄÄ 1837380 А1 сопротивления — точного преобразователя кода в сопротивление, используемого в системах автоматической поверки и контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры. Изобретение позволяет получить прямую пропорциональную зависимость воспроизводимого мерой сопротивления от коэффициента передачи кодоуправляемого делителя напряжения и упростить управление заявляемой мерой сопротивления, увеличить быстродействие и пределы показаний меры. Это достигается за счет того, что сигнальный вхо, управляемого делителя напряжения соединен с общими выводами операционных усилителей и вторым выводом образцового резистора, а общий вывод этого делителя соединен с выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя. 2 ил. три резистора соответственно с сопротивлениями Ro, RF и Вх, причем первый резистор с образцовым сопротивлением R первым выводом соединен с первым входным зажимом (полюсом): инвертирующйм входом усилителя, второй вывод этого резистора соединен с выходом усилителя, второй вывод этого резистора соединен с выходом усилителя и первым выводом второго резистора с сопротивлением R

Неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с его общим выводом ("нулевой шиной" и "землей") первым выводом третьего резистора с сопротивлением Rx.

Токоподвод второгп зажима {полюса) соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, образующих совместно неуправляемый двухплечий масштабный делитель напряжения на выходе усилителя.

1837380

По утверждению заявителя между зажимами-полюсами указанного выше устройства воспроизводится (имитируется) сопротивление В12, пропорциональное сопротивлению Rp образцового резистора.

Указанному аналогу присущи следующие недостатки:

1) потребность в трех резисторах с соПрстИВЛЕНИяМИ Rp, RF, Rx И ОДНОМ ОПЕрацИонном усилителе для имитации лишь одного значения сопротивления

+ RFRx RpRF й12 й+ RF+И ЯР+В

RpRx+RF Rx Rx (R + ), (1) „+ — RF+R о

2) имитируемое между зажимами 1 и 2 рассматриваемого аналога сопротивление

R1-2, как следует иэ (1), в общем не является прогорциональным Rp, можно говорить лишь о частном случае. когда выполняются следующие условия:

В1-2 (2)

Л R1-2 (3) где ЬК1-2 — допустимая абсолютная погрешность сопротивления R1-2.

Более совершенным аналогом заявляемого устройства является мера электрического сопротивления, содержащая образцовый резистор, повторитель напряжения на первом ОУ, соединенный своим входом с истоком (стоком) полевого транзистора, сток (исток) которого соединен с первым выводом образцового резистора и вторым входом третьего ОУ, à его затвор — с выходом третьего ОУ, первый вход которого соединен через четвертый инвертирующий

OY с выходом второго ОУ, первый вход которого через первый резистор соединен с выходом первого ОУ, а через второй резистор — с выходом умножителя, в качестве которого может использоваться LUNM-делитель, вход которого соединен с выходом второго ОУ.

Данному аналогу присущи следующие недостатки;

1) сложность из-за большого состава и многих связей между составными частями;

2) невысокая точность из-за влияния на погрешность воспроизведения сопротивления погрешностей отношений сопротивлений первого и второго резисторов, коэффициента передачи четвертого инвертирующего ОУ. дрейфа всех четырех ОУ.

Более совершенным и близким аналогом заявляемого устройства является управляемая мера электрического сопротивления, со(4) между следующими составляющими (4):

45 R1-2 — значением сопротивления меры, Ом;

0, X1...X ...Xê — нормализованной мантиссой числового значения (4), где Х1,..., Xi,..;Õ- показания-коды 1-го, ..., i-го, ..., К-го разрядов(декад);

10 Ом — масштаб(4) (коэффициент пропорциональности1. поскольку он характеризуется иной зависимостью, а именно:

5

30 держащая образцовый резистор, два операционных усилителя, ШИМ-делитель напряжения со схемой управления,.сигнальный вход которого соединен с вторым входом первого ОУ и выходом второго ОУ, а его выход — со вторым входом второго ОУ, первый вход которого соединен с выходом первого OY и вторым входным зажимом меры, первый вход первого ОУ соединен с первым выводом образцового резистора и первым входным зажимом, второй вывод образцового резистора соединен с общими выводами обоих ОУ и ШИМ-делителя.

Недостаток данного аналога — сложность его реализации из-за необходимости формирования у обоих ОУ специальных амплитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ), обеспечивающих устойчивую работу устройства.

Наиболее близкой к предлагаемой является управляемая мера электрического сопротивления, содержащая два входных зажи 1а и два операционных усилителя, ШИМ-делитель со схемой управления, образцовый резистор, первый вывод которого соединен с первым входным зажимом и инвертирующим входом первого ОУ, второй вывод соединен с общей шиной обоих операционных усилителей и ШИМ-.делителя, сигнальный вход которого соединен с выходом и инвертирующим входом первого ОУ, а выход ШИМ-делителя соединен с неинвертирующим входом второго ОУ, выход которого соединен с его инвертирующим входом и вторым входным зажимом меры.

Недостатки прототипа следующие:

1) прототип в действительности не явля. ется мерой, сопротивление которого характеризуется прямой пропорциональной зависимостью:

R1-2 = О, X1...Õ ...XÊË0 Ом > 0

R - Rp(P-1), (5) где Яэ = R1-2 — сопротивление меры;

Rp = 1.10 Ом — сопротивление образцор вого резистора;

p - О, Х1...Хь..Хк< 1 — коэффициент передачи ШИМ-делителя зависимостью, ко1837380 орую можно привести к более удобному ля дальнейшего рассмотрения виду:

14 = R1-2 = (О, Х1...Xi ..Хк-1).10 Ом = (6)

= -(О, Х1...Хь..Хк).10 Ом (6а) ткуда следует, что либо в тексте описания рототипа допущена ошибка, либо протоип является преобразователем кода р = О, Х1...Xi...Хк, отрицательное электрическое сопротивлеие...

2) в действительности прототип являетя однопредельным преобразователем кода сопротивление

1-g = э (1 -P )Rg = (1 - О, X1...Хь..Хк)йо (7) его автономное применение в качестве еры сопротивления беэ каких-либо сущетвенных его изменений (или же использоания с внешней ЭВМ) принципиальна е возможно;

3) примененный в составе прототипа в ачестве цифрового делителя напряжения

ИМ-делитель со специальной схемой упавления работает периодически с циклами реобраэования за определенный промеуток времени. например, одно преобраэоание 0,01 — 0,1 с, уступает своим еэисторным аналогам не только по быстроействию, но и точности, если рабочее наряжение изменяется в 10 — 100 раз и более, ак бывает в цепях с мерами сопративлеия.

Целью изобретения является получение рямой пропорциональной зависимости оспроизводимого мерой сопротивления от оэффициента передачи кодоуправляемого елителя напряжения и упрощение управения заявляемой мерой сопротивления, величение быстродействия и пределов поазаний последней.

Цель достигается следующим образом;

1) соединением сигнального вхо,г а управляемого делителя напряжения с общими выводами первого и второго операционных силителей и соединением общего вывода правляемого делителя напряжения с выхоом и инвертирующим входом первого операционного усилителя;

2) применением взамен ШИМ-делителя ! со специальной схемой управления реэи сторнаго цифрового делителя напряжения;

3) применением взамен однозначного неуправляемого масштабного образцового резистора управляемого мультирезистора, например, выполненного в виде блока

50 трансферов, чта увеличивает точность и количество пределов показания меры.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема первого варианта заявляемого устройства; на фиг. 2 — схема второго варианта этого устройства.

Обозначения на фиг. 1 и фиг. 2 следующие: 1 — первый входной зажим; 2 — второй входной зажим; 3 — образцовый резистор с сопротивлением Ro; 4 — первый операционный усилитель; 5 — второй операционный усилитель; 6 — ШИМ-делитель напряжения;

7 — схема управления делителем 6; 8 — канал управления-информации схемы 7; 9 — реэисторный цифровой делитель напряжения;

10 — канал управления-информации делителя 9:11 —; 12— канал управления-информации мультиреэистора 11.

Управляемая мера электрического сопротивления согласно фиг. 1 содержит подключенную к входным зажимам 1 и 2 следующую цепь; — образцовый резистор 3 с сопротивлением R,, первый вывод этого резистора соединен с первым входным зажимом и неинвертирующим входом операционного усилителя 4, второй вывод резистора соединен с общими выводами ("нулевыми" шинами) операционных уси.-ителей 4 и 5 с сигнальным входом ШИМ-делителя 5; — общий вывод ШИМ-делителя 6 соединен с инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 4; — ШИМ-делитель 6 связан двумя проводниковыми каналами со схемой управления 7, имеющей свой канал управления-информации для установления и индикации требуемого коэффициента передачи делителя 6

P=0, X>...Õ ....Õê < 1, (8) где Xi...., Хь..., Хк — показания 1-го, ..., 1-ro, ..., К-ro размеров делителя 6; — к выходу LLIMM-делителя 6 подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 5, инвертирующии вход и выход которого соединены с вторым входным зажимом 2.

Во втором варианте заявляемого устройства согласно фиг. 2 сделаны следующие изменения:

1) сложный и циклически работающий

ШИМ-делитель заменен быстродействующим и более простым по управлению резисторным цифровым делителем 9 с каналам управления-информации 10 для ввода и индикации показаний Х1„... Хь ..., Хк разрядов

1-ro, 1-ro, К-го коэффициента передачи (8);

2) однозначный неуправляемый образцовый резистор 3 заменен масштабным

1837380

1; 10 ; ...; 10; ...10 ; 10 Ом, (9) чем обеспечить реализацию не одной, как у прототипа и варианта устройства согласно фиг. 1, а ряда шкал (пределов) показаний 10 варианта устройства согласно фиг. 2.

Работа устройства основана на преобразовании тока !. протекающего через устройство через входные зажимы 1 и 2 от внешней цепи (например, повторяемого ом- 15 метра) в падение напряжения U>-г между зажимами 1 и 2, прямо пропорциональное величине сопротивления Rp образцового резистора 3 (масштабного мультирезистора

11) и коэффициенту передачи цифрового де- 20 лителя напряжения 6 (на фиг. 1) или 9 (на фиг, 2).

На фиг. 1 и 2 видно, что ток при практически нулевом входном токе Л t усилителя 4 полностью пройдет через 25 сопротивление R< резистора 3 (мультирезистора 11) и создаст на входе повторителя напряжения-усилителя 4 сигнал!

4 = 10" Ом (17) (10) 30

0=!Яо, который усилитель 4 повторит между сигнальным входом и выходом ШИМ-делителя

6 (фиг. 1), делителя 9 для фиг. 2.

Делитель 6 (фиг, 1) или 9 (фиг. 2) преоб- 35 разует сигнал 10 в два выходных сигнала;

R >-Р = О, Хг...Хь..Хк . I0 Ом

40 Воэможность непосредственного управления величиной воспроизводимого сопротивления как по пределам — шкалам его изменения согласно (18), так и внутри пределов эа счет простого поразрядного квантования на основе простой и удобной линейной прямо пропорциональной зависимости этого сопротивления от коэффициента передачи используемых в вариантах этого устройства цифровых делителей обес50 печивает более высокую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими имитаторами-аналогами, характеризуемыми более сложными функциональными зависимостями.

Формула изобретения

Многозначная мера электрического сопротивления, содержащая первый и второй входные зажимы, два операционных усилителя, цифровой делитель нэпря>кения и обмультирезистором 11 с каналом управления-информации 12, с помощью которого можно установить требуемое значение сопротивления Ro из ряда

1) сигнал 3U=O, Хг...Хг„.Хк.IRO= p (11) на основном своем выходе между общим выводом (шйной) и выходом, 2) сигнал ф= UP = (1- PJU = (1О,Хг...Х! ..Хк.) IRo (12) на дополнительном выходе между сигнальным входом и общим выводом {шиной).

При указанном на фиг. 1 и фиг, 2 новом (no отношению прототипа) подключении операционного усилителя 5 своим общим выводом ("нулевой" шиной) к сигнальному входуделителя 6(фиг, 1),делителя 11(фиг. 2) усилитель 5 между своим выходом и соединенными общими выводами обоих усилителей повторяет сигнал (12), а именно .

rp =- p =(1 -О, X>...Õ(..Хк)IRp, (13) Падение напряжения между зажимами

1 и2 меры

Uг2=U- р (14) где 0 =- % — падение напряжения на сопротивлении Ro

p — выходное напряжение усилителя 5.

После подстановки (10) и (13) в (14) получим

01-2 = U - p =IRo -(1-0, Хг„.Хь..Хк),!Вс =

О, Хг...Х!...Хк . IRo, (15) откуда в соответствии с законом Ома воспроизводимое мерой сопротивление

01 — q йг-2 I = О, Хг...Xt...XK ° Ro, (16) Из выражения (16) следует, что сопротивление R> z заявляемого устройства, воспроизводимое между зажимами 1 и 2, прямо пропорционально коэффициенту передачи делителя напряжения 6 (фиг. 1) делителя 11

{фиг. 2). более того, во втором варианте устройства предусмотрена воэможность изменения коэффициента (масштаба) пропорциональности в пределах ряда (9), чем обеспечивается получение следующего множества (массива) шкал воспроизводимых сопротивлений:

Яг.2 = О, Хг„,X,.,ХК, 1 Ом

Вг-2(! = О, Хг...X>...Xê . 10 Ом йг-gI ) = О, Хг...Хь..Хк, 10 OM

RI-ã(= О, Хг...Х!...Хк. 10 Ом (18) 1837380

10 р з с з в г ю вт д н р г ц ф н н о е щ и цовый резистор, первый вывод которого динен с токовыводом первого входного има и с неинвертирующим входом перо операционного усилителя, инвертируий вход и выход которого соединены, рой вывод образцового резистора соеен с общими выводами первого и втоо операционных усилителей, выход рового делителя напряжения соедис неинвертирующим входом второго рационного усилителя, инвертируюй вход которого соединен с его выходом торым входным зажимом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, образцовый резистор выполнен в виде управляемого масштабного мультирезистора. цифровой

5 вход которого является каналом установа масштаба меры, общие выводы первого и второго операционных усилителей подключены к входу, а выход первого операционного усилителя к общему выводу цифрового

10 делителя напряжения, цифровой вход которого является каналом установа нормализованной мантиссы требуемого значения сопротивления меры, 1837380

Purl

Составитель А.Чернов

Техред М.Моргентал

Корректор И.Шмакова

Редактор С,Ходакова

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

Заказ 2870 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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