Измерительная цепь цифрового моста

ОПИ АНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сецнепнстнчвсннх

Ресвубпнн

<11;66О237

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свий-ву (22) Заявлено 070275 (21) 2103083 18-21 с присоединением заявки № 2103084/18-21 (23) Приоритет (53) лъ. Ел.

Н 03 К 13/03

Государственный комитет

СССР ио деяам изобретений и открытий (63) УДИ б81 ° 325 (088.8) Опубликовано 300479. Бюллетень № l б

Дата опубликования описания 300479 (72) Авторы изобретения. h1.И,Каракоз, Я.Ф. Рутнер,,В.П. Кручиннн и В.В. Арнольд

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (73) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЦИФРОВОГО МОСТА

Изобретение относится к области электроиэмерительной, преобразовательной и вычислительной техники.

Известны цифровые автоматические измерительные приборы, у которых измерительная цепь содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) поразрядного уравновешивания и измери.тельный мост (1).

Они обладают особенно большой погрешностью на границах диапазона измерений.

Известно устройство для измерения сопротивлений, содержащее мостовую схему ЬЦП, создающее увеличение по- грешности на краях измеряемого диапаэона (21.

Такое увеличение погрешности на границе диапазона измерения в значительной степени вызвано влиянием @ на точность измерений параметров ключей АЦП.

Целью настоящего изобретения явпяется повышение точности при измерении малых и больших сопротивлений.

Цель достигается тем, что при измерении малых сопротивлений в измерительной цепи цифрового моста,. содержащий собственно мост и АЦП, в состав которого включен эталонный . резистор, каждый разряд АЦП содержаз дополнительный элемент, включенный последовательно с .эталоном, а на входе моста последовательно с измери тельным сопротивлением включен дополнительный резистор. При измерении больших сопротивлений дополнительные элементы включены параллельно эталонам, а дополнительный резистор включен параллельно измеряемому сопротивлению.

На фиг.l приведены схемы разрядов аналого-цифрового преобразователя для уравновешивания сопротивлениями и проводимости соответственно, на фиг.2 - функциональная схема автоматического моста.

На фиг.l сопротивлением 1 обозначен эталон разряда (Вз или G э-), Э1 1 сопротивлением 2 — остаточный параметр (В ; или С „) ключа, сопротивлением 3 - дополйительный элемент разряда (R<. или С ;), кроме того, цифровой мост имеет ключи 4.

На фиг.2 представлена функциона *— ная схема автоматического моста, где

5,б — пассивные плечи моста, 7 дополнительный резистор (Rk), 8— нуль-орган, 9 — источник питания, бб0237 компенсирующий начальное сопротивление АЦП.

Разрядные ключи 4 управляются через триггер 10 устройстном управления 11. С выхода триггеров 10 через дешифратор 12 снимается результат измерения. 5

В технике автоматического контроля необходимы измерения весьма малых и больших сопротивлений. Стандартные цифровые автоматические мосты н этом диапазоне измерений t0 могут иметь недопустимо большую погрешность измерения, обусловленную непос оянством начального сопротивления, вносимого АЦП поразрядного. уравновешивания. Непостоянство это l5 вызвано влиянием остаточных параметров коммутирующих ключей: остаточных сопротивлений Rо при измерении малых сопротивлений и паразитных проводимостей G при измерении больших щ сопротивлений. В указанном диапазоне измерений сопротивлений практически ненозможно обеспечить условия, исключающие влияние остаточных параметров ключей, т.е. условия, при которых

П ,)) уч p) о R. о О 1 О

1 ЗО где H — эталонное сопротивление

1-го разряда;

G.. — эталонная проводимость

1-го Разряда; .n — число разрядов АЦП. 35

Предлагаемое устройство реализует метод сущестненного уменьшения составляющей погрешности, обусловленной влиянием остаточных параметров. Метод заключается в таком выборе величины дополнительных .элементов разрядов (соответственно, н таком выборе величин эталонных Резисторов, декодирующих сеток АЦП, при котором остаточное сопротивление (проводимость), вносимое АЦП н эталонное плечо измерительного моста, остается постоянным при любом состоянии его ключей и равным начальному вносимому сопротивлению (проводимости).

Под остаточным вносимым сопротин- 50 лением (проводимостью} подразумевается сопротивление (проводимость). обусловленное влиянием остаточныхпараметров ключей, а под остаточным сопротивлением (проводимостью) при 55 исходном состоянии АЦП вЂ” начальноек н сопротивление (начальной Q н ).

На фиг.l а,б приведены схемы разрядов АЦП для уравновешивания сопротивлениями и проводимостями соответственно. Первая используется при построении приборов для измерения малых, а вторая - больших сопротивлений. Для схемы фиг.l,а возможно пренебречь остаточной проводимостью ключа при его включенном состоянии, а для схемы Фиг.l,б — остаточным сопротивлением при включенном состоянии ключа.

Начальное сопротивление, вносимое

АЦП, для фиг.l,а определится из соотношения

1 1 )1о„ кн й, В (2) i=1 1 О1

Начальная проводимость для фиг.l,б

G„ О1

С1 =Х 1О

1 (2) Все ключи имеют одинаковые остаточные параметры, т.е.

Roy Ro2 ои о, а01 602 Оп (3)

В целях компенсации начальйого сопротивления (проводимости) в смежное плечо измерительного моста необходимо включить компенсирующий элемент В„ или G„, 1 О " 1 О R1+ Я +R = Я- Н "x.

О 11 1 о (5) Соотношение (5) должно выполняться при любом значении z(i=1, n) а для этого необходимо соответствую" щим образом выбирать величины резисторов для каждого из п разрядов, полагая, что сопротивление каждого разряда (R ) состоит из двух составляющих

R =R .+ R (б)

31 7 одна из которых (R . ) предназначена

Э1 для уравновешивания измеряемого сопротивления Rx i а другая (В,),.) должна быть выбрана таким образом, Я 1 что соотношение (5) удовлетворяется при любых значениях r от 1 до и.

С учетом соотношения (б) соотношение (5) принимает вид

I" n-r(R .+Я )R

spa ) — з — 1 — —э.

Э1 1

-Е ", . ° . =< "« "а " (7

1 1

Полагая, что э. к

1 в„ к к н где т — отношение плеч моста,при этом

m=1::

Схемы на фиг.l а и б дуальны, следовательно, решим задачу лишь для одной из них (например, для

Фиг. l,à) . Результат для другой получим из принципа дуальности.

Так,если для уравновешивания измеряемого сопротивления R х требуется r разрядов АЦП, то справедливо следующее соотношение

S 66 непосредственно из соотношения (7), получаем (кк,.Вщ я, 3 " 1 "RÎ

0237,=-(« —:: +

91 63i

Формула изобретения (10) Я.= — Я 44+ +1и4 ")

<о а,=-La, (.4.

1. Городовский A.Ô. Мосты постоян40 ного тока, М., Энергия, 1964, с.153.

2. Техническое описание прибора

Р56800 фирмы НОКИйг Финляндия.

Составитель Д. Голубович

Редактор М. Афанасьева Техред И.Асталош Корректор И.Муска

Заказ 2099/2 Тираж 10 59 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, F ° Ужгород, ул.Проектная,4

Полученное выражение снимает обязательность соотношения (3).

Из соотношения (8) находим выражение для определения ,:;"(«"":, )

По свойству дуальных целей

Величины компенсирующих элементов и и (3 при этом получаются равными к

Ь

Я I 9„.

Ч=

И1 1 К П1

Сопротивление (проводимость) .i-ro разряда декодирующей сетки определиться иэ соотношения при этом ! к к к и к к ala фиг.2 представлена функциональная схема автоматического моста, имеющего повышенную точность при измерении малых сопротивлений. Перед началом измерения, когда включены ключи 4 и производится подстройка компенсирующего сопротивления 7 при

R =0, т.е. когда клеммы выводов

R закорочены. Баланс моста контролйруется состоянием нуль-органа 8.

После этого мост готов к работе.

При измерении R> устройство управления 11 вырабатывает управляющие сигналы, которые изменяют состояние триггеров 10 по определенному коду, последние изменяют состояние коммутирующих ключей 4. Переключение происходит до равновесия моста, после чего с триггеров 10 через дешифратор 12 снимается результат измерения.

Схема для измерения больших сопротивлений отличается от рассмотренной только построением разрядов согласно фиг.1,б и ее работа происходит аналогично рассмотренной (с учетом признака дуальности).

)5

1. Измерительная цепь цифрового моста, содержащая собственно мост и аналого-цифровой преобразователь, в состав которого включен эталонный резистор, отличающаяся тем, что, с целью повышения. точности при измерении малых сопротивлений, в ней каждый разряд аналого-цифрового Преобразователя содержит дополнительный элемент, включенный после25 довательно с эталоном, а на входе моста последовательно с измеряемым сопротивлением включен дополнительный резистор.

2. Цель цифрового моста по п.1, Я о т л и ч а ю щ е е с я тем, что при измерении больших сопротивлений, дополнительные элементы включены параллельно эталонам, а дополнительный резистор включен параллельно измеряемому сопротивлению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе