Устройство для измерения активного сопротивления

Авторы патента:

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники, в частности к автоматизированным системам контроля, может быть использована в качестве измерительного прибора в различных областях науки и техники. Устройство для измерения активного сопротивления, содержит генератор тактовых импульсов, первый счетчик, индикатор, источник опорного напряжения, первый и второй ключи, при этом первый вывод конденсатора соединен с первым входом устройства сравнения и выходом операционного усилителя, второй вывод соединен с первым выводом измеряемого сопротивления, первым выводом образцового резистора и входом операционного усилителя, второй вывод измеряемого сопротивления соединен с первым выводом второго ключа, образцовый резистор соединен с первым выводом первого ключа, первый вход устройства управления соединен с выходом устройства сравнения, второй вход устройства управления соединен с выходом второго счетчика, выход устройства управления соединен с первым входом первого счетчика и вторыми выводами первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом первого счетчика и с входом второго счетчика, выход источника опорного напряжения соединен с входом инвертора напряжения и входом масштабного преобразователя, выход инвертора напряжения соединен с третьим выводом первого ключа, выход масштабного преобразователя соединен с третьим выводом второго ключа, выход первого счетчика соединен с входом дешифратора, выход дешифратора соединен с входом индикатора, выход операционного усилителя соединен с первым выводом конденсатора и первым входом устройства сравнения. Технический результат: уменьшение времени измерения больших сопротивлений. 1 ил.

Известно устройство для измерения активного сопротивления путем преобразования его в частоту импульсов [SU 1327011 A1, МПК 4 G01R 27/00, опубл. 30.07.1987], содержащее источник тока, первый и второй выводы которого соединены с первыми выводами первого и второго эталонных резисторов соответственно. Вторые выводы эталонных резисторов подключены соответственно к первому и второму входам устройства, интегратор, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого является выходом устройства. Первый и второй входы первого переключателя соединены соответственно с первым и вторым выводами источника тока, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого переключателей, первый вход второго переключателя соединен с первым входом третьего переключателя и через первый соединительный провод - с первым входом устройства, второй вход - с вторым входом четвертого переключателя и через четвертый соединительный провод с вторым входом устройства. Первый вход четвертого переключателя через второй соединительный провод соединен с первым входом устройства, а второй вход третьего переключателя через третий соединительный провод - с вторым входом устройства. Выход второго переключателя соединен с входом интегратора. Выход третьего и четвертого переключателей соединены соответственно с выходом и первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общей точкой.

Недостатками данного устройства являются большое время измерения сопротивления порядка тераом (от нескольких секунд) и емкость образцового измерительного конденсатора, которая соизмерима с емкостью монтажа.

Известно устройство измерения больших сопротивлений [Электрические измерения: Учебник для вузов / Байда Л.И., Добротворский Н.С., Душин Е.М. и др.; Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. - 5-е изд., перераб. И доп. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980, с.146-147], которое содержит источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра, первым выводом конденсатора и первым выводом баллистического гальванометра. Второй вывод источника опорного напряжения соединен со вторым выводом вольтметра и с первым выводом измеряемого сопротивления. Первый вывод переключателя соединен со вторым выводом измеряемого сопротивления. Второй вывод переключателя соединен со вторым выводом баллистического гальванометра, а третий - со вторым выводом конденсатора.

Недостатком указанного устройства является большое время измерения из-за отсутствия в схеме элементов автоматизации.

Известно устройство для измерения сопротивления [Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) / П.П.Орнатский. - 5-е изд., перераб. И доп. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986, с.377-378], выбранное в качестве прототипа, содержащее конденсатор, первый вывод которого соединен с первым входом устройства сравнения и первым выводом первого ключа. Второй вывод конденсатора соединен с первым выводом измеряемого сопротивления. Второй вывод измеряемого сопротивления соединен со вторым выводом первого ключа. Третий вывод первого ключа соединен с выходом источника опорного напряжения. Выход генератора квантующих импульсов соединен с первым выводом второго ключа. Четвертый вывод второго ключа соединен с входом счетчика, выход которого соединен с входом индикатора.

Недостатком этого устройства является зависимость времени измерения от величины измеряемого сопротивления и емкости конденсатора: с увеличением значения измеряемого сопротивления и/или емкости конденсатора увеличивается время измерения.

Задачей полезной модели является создание устройства для измерения активного сопротивления, позволяющего уменьшить время измерения больших сопротивлений (порядка тераом).

Согласно полезной модели образцовый резистор соединен с первым выводом первого ключа, конденсатором и входом операционного усилителя, первый вход устройства управления соединен с выходом устройства сравнения, второй вход устройства управления соединен с выходом второго счетчика, выход устройства управления соединен с первым входом первого счетчика и вторыми выводами первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом первого счетчика и с входом второго счетчика, выход источника опорного напряжения соединен с входом инвертора напряжения и входом масштабного преобразователя, выход инвертора напряжения соединен с третьим выводом первого ключа, выход масштабного преобразователя соединен с третьим выводом второго ключа, выход первого счетчика соединен с входом дешифратора, выход дешифратора соединен с входом индикатора, выход операционного усилителя соединен с первым выводом конденсатора и первым входом устройства сравнения.

Предложенное устройство позволяет фиксировать время первого такта интегрирования, что приводит к уменьшению времени измерения.

На фиг.1 изображена блок схема устройства для измерения активного сопротивления.

Устройство для измерения активного сопротивления содержит источник опорного напряжения 1 (ИОН), к которому последовательно подключены инвертор напряжения 2 (ИН), первый ключ 3 (К1), образцовый резистор 4, операционный усилитель 5 (ОУ), устройство сравнения 6 (УС), устройство управления 7 (УУ), первый счетчик 8 (Сч1), дешифратор 9 (Дш), индикатор 10 (Инд). В цепь обратной связи операционного усилителя 5 (ОУ) включен конденсатор 11. К источнику опорного напряжения 1 (ИОН) последовательно подсоединены масштабный преобразователь 12 (МП), второй ключ 13 (К2), измеряемое сопротивление 14, операционный усилитель 5 (ОУ).

К генератору тактовых импульсов 15 (ГТИ) последовательно подключены второй счетчик 16 (Сч2) и устройство управления 7 (УУ). Выход генератора тактовых импульсов 15 (ГТИ) связан со вторым входом первого счетчика 8 (Сч1). Второй выход устройства управления 7 (УУ) соединен с третьими выводами первого 3 (К1) и второго 13 (К2) ключей.

Устройство может быть реализовано с помощью следующих элементов: источник опорного напряжения 1 (ИОН), инвертор напряжения 2 (ИН), первый 3 (К1) и второй 13 (К2) ключи, операционный усилитель 5 (ОУ), устройство сравнения 6 (УС), устройство управления 7 (УУ), первый 9 (Сч1) и второй 16 (Сч2) счетчики, дешифратор 9 (Дш), генератор тактовых импульсов 15 (ГТИ) компании Analog Devices; индикатор 11 (Инд) и масштабный преобразователь 12 (МП) компании VISHAY.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В первом такте интегрирования первый ключ 3 (К1) разомкнут, а второй ключ 13 (К2) замкнут.С выхода источника опорного напряжения 1 (ИОН) подают опорное напряжение U₀ на вход масштабного преобразователя 12 (МП), который изменяет величину опорного напряжения в заданное заранее число раз. Сигнал с выхода масштабного преобразователя 12 (МП) через измеряемое сопротивление 14 поступает на вход операционного усилителя 5 (ОУ), в цепь обратной связи которого включен конденсатор 11. Время интегрирования t₁ (первого такта) фиксируют с помощью устройства управления 7 (УУ), второго счетчика 16 (Сч2) и генератора тактовых импульсов 15 (ГТИ). Напряжение на выходе операционного усилителя 5 (ОУ), в цепь обратной связи которого включен конденсатор 11, по окончанию первого такта интегрирования выражается формулой [Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985, с.127]:

где U_I - напряжение на выходе операционного усилителя 5 (ОУ) по окончанию первого такта интегрирования;

₁ - постоянная времени интегрирования интегратора, образованного операционным усилителем 5 (ОУ), в цепь обратной связи которого включен конденсатор 11 и измеряемым сопротивлением 14, в первом такте интегрирования;

t₁ - время интегрирования первого такта;

U_МП - напряжение с выхода масштабного преобразователя 12 (МП);

R_x - измеряемое сопротивление 14;

C - емкость конденсатора 11;

U₀ - напряжение с выхода источника опорного напряжения 1 (ИОН);

k - коэффициент преобразования масштабного преобразователя 12 (МП).

После окончания первого такта устройство управления 7 (УУ) запускает первый счетчик 8 (Сч1) и одновременно переключает ключи в положение первый ключ 3 (К1) замкнут, второй ключ 13 (К2) разомкнут.С этого момента начинается второй такт интегрирования. С выхода источника опорного напряжения 1 (ИОН) подают опорное напряжение U₀ на вход инвертора напряжения 2 (ИН), который инвертирует напряжение (меняет полярность напряжения на противоположную). Сигнал с выхода инвертора напряжения 2 (ИН) через образцовый резистор 4 поступает на вход операционного усилителя 5 (ОУ), в цепь обратной связи которого включен конденсатор 11. Напряжение на выходе операционного усилителя 5 (ОУ) по окончанию второго такта интегрирования выражается формулой [Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985, с.127]:

где U_II - напряжение на выходе операционного усилителя 5 (ОУ) по окончанию второго такта интегрирования;

где ₂ - постоянная времени интегрирования интегратора, образованного операционным усилителем 5 (ОУ), в цепь обратной связи которого включен конденсатор 11 и образцовым резистором 4, во втором такте интегрирования;

t_x - время интегрирования второго такта;

U_И - напряжение с выхода инвертора напряжения 2 (ИН);

R₀ - образцовый резистор 4.

Исходя из того, что U_I=U_II (так как в начале второго такта напряжение на выходе операционного усилителя 5 (ОУ) равно значению напряжения на выходе операционного усилителя 5 (ОУ) по окончанию первого такта), приравняем выражения (1) и (2):

Из выражения (3) зависимость времени второго такта интегрирования от величины измеряемого сопротивления 14:

Выражение (4) показывает, что в данном случае достигается обратная зависимость времени второго такта от величины измеряемого сопротивления. За время t_x первый счетчик 8 (Сч1) подсчитывает количество импульсов, которые поступают с выхода генератора тактовых импульсов 15 (ГТИ):

N=f_ГИ·t_x,

где N - количество импульсов, подсчитанное первым счетчиком 8 (Сч2) за время второго такта t_x,

f_ГИ - частота генератора тактовых импульсов 15 (ГТИ).

Сигнал с выхода операционного усилителя 5 (ОУ) поступает на вход устройства сравнения 6 (УС), где сравнивается с ранее заданным сигналом (в данном случае с нулевым уровнем напряжения). Второй такт интегрирования длится до тех пор, пока на вход устройства управления 7 (УУ) с выхода устройства сравнения 6 (УС) не поступит сигнал о равенстве сравниваемых сигналов, одновременно с этим с выхода устройства управления 7 (УУ) подается сигнал на вход первого счетчика 8 (Сч1) о прекращении счета, после чего информация с выхода первого счетчика 9 (Сч1) поступает на вход дешифратора 10 (Дш), где преобразуется в необходимый код, который поступает на вход индикатора, с помощью которого происходит визуальное отображение измеренного значения активного сопротивления 10 (Инд).

Устройство для измерения активного сопротивления, содержащее генератор тактовых импульсов, первый счетчик, индикатор, источник опорного напряжения, первый и второй ключи, при этом первый вывод конденсатора соединен с первым входом устройства сравнения, второй вывод соединен с первым выводом измеряемого сопротивления, второй вывод измеряемого сопротивления соединен с первым выводом второго ключа, отличающееся тем, что образцовый резистор соединен с первым выводом первого ключа, конденсатором и входом операционного усилителя, первый вход устройства управления соединен с выходом устройства сравнения, второй вход устройства управления соединен с выходом второго счетчика, выход устройства управления соединен с первым входом первого счетчика и вторыми выводами первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом первого счетчика и с входом второго счетчика, выход источника опорного напряжения соединен с входом инвертора напряжения и входом масштабного преобразователя, выход инвертора напряжения соединен с третьим выводом первого ключа, выход масштабного преобразователя соединен с третьим выводом второго ключа, выход первого счетчика соединен с входом дешифратора, выход дешифратора соединен с входом индикатора, выход операционного усилителя соединен с первым выводом конденсатора и первым входом устройства сравнения.

Устройство передачи информации // 105549

Генератор импульсов технологического тока // 72894

Измерительное устройство для приборов активного контроля // 124785

Биполярный источник тока // 71455

Устройство для локального измерения ферромагнитной фазы материалов // 108626