Измеритель малых сопротивлений

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным устройствам контроля, и может быть использовано для контроля параметров пиропатронов, для послеоперационного контроля качества электроконтактной сварки, контроля качества разборных электрических контактов в многоамперных токопроводах и в других случаях, когда требуется измерение малых величин сопротивлений. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве тестового сигнала используется переменный ток, а сигнал, получаемый с измеряемого сопротивления в виде переменного напряжения, пропорционального сопротивлению, фильтруется, выпрямляется и преобразуется в цифровой эквивалент. Технический результат изобретения: снижение погрешностей от дрейфов "нуля" и помех в измерительной цепи. 2 ил.

 

Измеритель малых сопротивлений относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным устройствам контроля, и может быть использован для контроля параметров пиропатронов, для послеоперационного контроля качества электроконтактной сварки, контроля качества разборных электрических контактов в многоамперных токопроводах и в других случаях, когда требуется измерение малых величин сопротивлений.

Известно устройство измерения малых сопротивлений (патент №2099722, опубл. 20.12.1997 г.). Оно содержит усилитель постоянного напряжения, цифровой индикатор, токовые и потенциальные зажимы для подключения измеряемого сопротивления, блок управления, последовательно соединенные источник опорного напряжения, аналоговый ключ и стабилизатор тока, аналоговый переключатель и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, регистровое запоминающее устройство и цифровой вычитатель.

Недостатком устройства является то, что оно имеет большое время измерения и сложно по технической реализации.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является измеритель малых сопротивлений (патент №2173858, опубл. 20.09. 2001 г.). Он содержит источник стабилизированного тока, аналого-цифровой преобразователь, переключатель направления тока, цифровой индикатор, а также два токовых и два потенциальных зажима для подключения измеряемого сопротивления, прецизионный аналого-цифровой преобразователь, контроллер и шунт.

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет большую инерционность, низкую чувствительность, особенно при наличии помех, и содержит в своем составе функционально сложные узлы.

Задачей заявляемого изобретения является создание быстродействующего помехоустойчивого устройства для измерения малых сопротивлений. Это достигается путем реконфигурации измеряемой цепи таким образом, что измерения ведутся на частоте, существенно отличной от частоты помех создаваемых влияющими факторами (промышленная частота сети, температурные и временные дрейфы и др.).

Суть изобретения заключается в том, что в качестве тестового сигнала используется переменный ток, а сигнал, получаемый с измеряемого сопротивления в виде переменного напряжения, пропорционального сопротивлению, фильтруется, выпрямляется и преобразуется в цифровой эквивалент.

Технический результат достигается за счет применения в устройстве генератора переменного сигнала, фильтра и выпрямителя, что обеспечивает существенное снижение погрешностей от дрейфов "нуля" и помех в измерительной цепи.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено моделирование процессов измерения и уже разработан и опробован макет устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, а на фиг.2 - пример реализации генератора переменного тока и схемы усиления сигнала с измеряемого сопротивления.

В состав структурной схемы (фиг.1) входят следующие блоки:

1 - генератор Г1 переменного напряжения,

2 - преобразователь П2 напряжения в ток,

3 - токовые ТЗ 3 зажимы,

4 - потенциальные ПЗ 4 зажимы,

5 - измеряемое сопротивление R5,

6 - усилитель У6 переменного напряжения,

7 - полосовой фильтр ПФ7,

8 - выпрямитель В8,

9 - сглаживающий фильтр СФ9,

10 - аналого-цифровой преобразователь АЦП10,

11 - цифровой индикатор ЦИ11,

12 - блок управления (синхронизатор) БУ12.

Выход генератора Г1 через преобразователь П2 подключен к зажимам ТЗ 3 измеряемого сопротивления R5, к зажимам ПЗ 4 которого подключены входы усилителя У6. Выход усилителя У6 через фильтр ПФ7 соединен со входом выпрямителя В8, выход которого через фильтр СФ9 подключен ко входу АЦП10, выход которого соединен со входом индикатора ЦИ11. Выходы блока БУ12 подключены к соответствующим входам генератора Г1, АЦП10 и ЦИ11.

В состав схемы (фиг.2) входят следующие блоки:

13 - генератор переменного напряжения,

14 - весовой резистор R,

15 - дифференциальный усилитель У15,

16 - измеряемый резистор R16,

17 - токовые зажимы,

18 - потенциальные зажимы,

19 и 20 - разделительные конденсаторы С1 и С2 соответственно,

21 - усилитель переменного напряжения У21,

22 и 23 - входные сопротивления усилителя У21, R22 и R23 соответственно.

Переменный ток i, который протекает через измерительный резистор R16, определяется по формуле:

где U₁₃ - выходное напряжение генратора Г13.

А напряжение U₂₁ на входе усилителя У21 определяется по формуле:

Где R₁₆ величина сопротивления измеряемого резистора. При этом для минимизации погрешности измерения разделительные конденсаторы С1 и С2 выбираются из условий, которые легко выполняются:

Xc≫R₂₂(R₂₃)≫R₁₆,

где Х_с - комплексное сопротивление конденсатора равно

f - частота на которой производятся измкерения

Устройство (см. фиг.1) работает следующим образом. В исходном состоянии к измеряемому сопротивлению подключаются токовые ТЗ 3 и потенциальные ПЗ 4 зажимы и блок управления БУ12 запускает генератор Г1. Переменное напряжение с выхода генератора Г1 преобразуется в переменный измерительный ток (1), который создает падение напряжения на измеряемом сопротивлении R5, пропорциональное величине сопротивления R₂₂. С потенциальных зажимов сигнал поступает на вход усилителя У6. Он его усиливает до уровня, при котором погрешности дальнейшего преобразования будут составлять допустимую величину. Сигнал с выхода усилителя У6 фильтруется полосовым фильтром ПФ7, нижняя F1 и верхняя F2 граничные частоты, которого выбираются из условий заданного коэффициента К_р подавления помех, имеющих частоту F_p. При этом для фильтра первого порядка должны быть выдержаны следующие соотношения:

F1/F_p>К_р, когда помеха низкочастотная, и

F_p/F2>К_р, когда помеха высокочастотная.

Сигнал с выхода фильтра выпрямляется на выпрямителе В8 и сглаживается на фильтре СФ9. После этого АЦП преобразует его в число, пропорциональное измеряемому сопротивлению. Блок управления синхронизирует с высокой частотой работу АЦП10 и цифрового индикатора ЦИ11, на котором периодически обновляются результаты измерений.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высоким быстродействием измерять с высокой точностью малые сопротивления в тяжелых климатических условиях и при высоких уровнях электромагнитных помех.

Измеритель малых сопротивлений, содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к цифровому индикатору, токовый и потенциальный зажимы для подключения измеряемого сопротивления и блок управления, первый и второй входы которого подключены к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и цифрового индикатора соответственно, отличающийся тем, что в него введены усилитель переменного напряжения, полосовой фильтр, выпрямитель, сглаживающий фильтр, преобразователь напряжения в ток и генератор переменного напряжения, выход которого через преобразователь напряжения в ток подключен через токовые зажимы к измеряемому сопротивлению, которое через потенциальные зажимы соединено со входом усилителя переменного напряжения, выход которого подключен через полосовой фильтр ко входу выпрямителя, выход которого через сглаживающий фильтр соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, причем третий выход блока управления подключен ко второму входу генератора напряжения.