CZ2018158A3 - Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru - Google Patents

Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru Download PDF

Info

Publication number
CZ2018158A3
CZ2018158A3 CZ2018-158A CZ2018158A CZ2018158A3 CZ 2018158 A3 CZ2018158 A3 CZ 2018158A3 CZ 2018158 A CZ2018158 A CZ 2018158A CZ 2018158 A3 CZ2018158 A3 CZ 2018158A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
branch
arrs
resistor
resistance
actively controlled
Prior art date
Application number
CZ2018-158A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ308900B6 (cs
Inventor
Petr FRYČÁK
Original Assignee
Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Palackého v Olomouci filed Critical Univerzita Palackého v Olomouci
Priority to CZ2018158A priority Critical patent/CZ308900B6/cs
Priority to PCT/CZ2019/050014 priority patent/WO2019185070A1/en
Priority to US17/043,602 priority patent/US11366148B2/en
Publication of CZ2018158A3 publication Critical patent/CZ2018158A3/cs
Publication of CZ308900B6 publication Critical patent/CZ308900B6/cs

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/08—Circuits for altering the measuring range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2889—Interfaces, e.g. between probe and tester
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C29/00—Checking stores for correct operation ; Subsequent repair; Testing stores during standby or offline operation
    • G11C29/56—External testing equipment for static stores, e.g. automatic test equipment [ATE]; Interfaces therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Vynález řeší způsob měření odporu rezistivního senzoru (5), kde je hodnota odporu rezistivního senzoru (5) určena sériovým zapojením s aktivně řízenou rezistorovou sítí (3) s volitelnou hodnotou odporu a zdrojem periodického průběhu napětí (7) a dále zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru (5) zahrnující zdroj periodického průběhu napětí (7), aktivně řízenou rezistorovou síť (3) a rezistivní senzor (5), přičemž výstupy zdroje periodického průběhu napětí (7) jsou zapojené na uzel A (2) a C (6), výstupy aktivně řízené rezistorové sítě (3) jsou zapojené na uzel A (2) a B (4) a výstupy rezistivního senzoru jsou připojené na uzel B (4) a C (6), jde tedy o zapojení v odporovém děliči napětí s automatickou volbou rezistoru děliče a využití tohoto způsobu pro měření časově proměnlivého odporu senzoru.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká měření odporu senzoru, které je především pro vyšší přesnost, rychlost a bezpečnost procesu řízeno odporovým děličem s automatickou volbou rezistoru děliče.
Dosavadní stav techniky
Snímání řady fyzikálních a fyzikálně chemických veličin (např. teplota, světelný tok, deformace, koncentrace) je uskutečňováno s využitím rezistivních senzorů, kdy hodnota odporu senzoru je v určitém kauzálním vztahu s hodnotou měřené veličiny. Pro určení odporu senzoru existují různé měřicí metody. Principiálně jde o zapojení senzoru do jednoduchého děliče napětí s rezistorem o známé hodnotě odporu, zapojení do odporového můstku, měření úbytku napětí při průchodu známého vnuceného proudu a měření nebo integrace procházejícího proudu při známém vloženém napětí. Výběr konkrétního způsobu měření je prováděn s ohledem na požadované parametry výsledného zařízení, jako je citlivost, rozsah hodnot odporu odpovídající plnému rozsahu hodnot měřené veličiny, rychlost odezvy, spotřeba energie, jednoduchost, spolehlivost, výrobní náklady apod.
Z hlediska citlivosti a rozsahu je možné hrubé třídění senzorů do dvou skupin: (i) plný rozsah hodnot snímané veličiny odpovídá pouze malému rozsahu odporu senzoru; (ii) plný rozsah hodnot snímané veličiny odpovídá změně odporu senzoru o několik řádů. Senzory v první skupině je vhodné zapojovat do můstkového uspořádání. V případě senzorů vyznačujících se řádovou změnou odporu je výhodné, aby obvod pro zpracování signálu umožňoval změnu citlivosti podle aktuální hodnoty odporu senzoru. To zajistí, že měření je prováděno s dostatečným rozlišením v celém rozsahu hodnot odporu. Je-li výstupem snímacího obvodu velikost napětí (č/0HÍ), lze citlivost (s) definovat následujícím vztahem:
(1)
Při zapojení senzoru o odporu R, do děliče napětí s rezistorem Rd a aplikovaným napětím U™ byl pro citlivost odvozen následující vztah:
ii
Citlivost při zapojení v děliči je maximální pro Rd = Rs& klesá cca na třetinu maximální hodnoty, pokud je hodnota odporu rezistoru Rd zvýšena nebo snížena o jeden řád při konstantním odporu senzoru Rs.
Rozlišení měření je možné definovat pomocí minimální detekovatelné relativní změny odporu senzoru (AminRs/Rs) odpovídající minimální měřitelné změně výstupního napětí AminU0Ut v daném zapojení senzoru. Veličina AminRs/Rs v podstatě udává, jaká je minimální procentuální změna odporu senzoru postřehnutelná daným měřicím zařízením; čím nižší je AmínRs/Rs, tím vyšší je rozlišení měření. Odvození vztahu pro závislost rozlišení na poměru odporu senzoru Rs a rezistoru děliče Rd začíná vztahem pro výstupní napětí při zapojení senzoru do děliče napětí (obr. 1):
CZ 2018 - 158 A3 kde Uin je napětí aplikované na dělič.
Rozdíl výstupního napětí pro dvě různé hodnoty odporu senzoru Rs,i a R.2 je odkud lze vyjádřit odpor senzoru Rs,2 jako funkci Ri a AUouť.
a minimální deteko vatě lnou relativní změnu odporu senzoru pak lze vyjádřit jako
... --Λ, Jý R:i |A+]| Uů j Ή il-i R.. i .1
Výše uvedený vztah platí za podmínky Rs,2 Rs,i (= Rs), tj. pro malé změny odporu v porovnání s celkovým odporem senzoru. Závislost RmmRs/Rs (v procentuálním vyjádření) na poměru Rd/Rs pro Um = 1 V a AmmU0Ut = 1 mV (přibližně odpovídá měření 10-bitovým ADC s rozsahem 0-1 V) je zobrazena na obr. 2. Je zřejmé, že rozlišení měření se podstatně zhoršuje, pokud se Rd a Rs liší více než o jeden řád.
Rezistor děliče je tedy třeba volit s ohledem na optimální citlivost a rozlišení měření, které závisí na odporu senzoru. Při změně odporu senzoru v širokém rozmezí nemusí být jediný rezistor dostatečný a měřicí obvod musí obsahovat více rezistorů, které se do děliče zařazují manuálním nebo elektronickým voličem podle aktuální hodnoty odporu senzoru.
Zejména v případě vysokého odporu senzoru, a tedy i rezistorů děliče (ΜΩ a vyšší), je měření komplikováno elektromagnetickou interferencí (EMI), která je účinně zachycována přívodními vodiči. EMI se šíří prostorem ze zdrojů jako jsou rozvody elektrické energie, spínané zdroje a různá další elektrická a elektronická zařízení. Vliv EMI lze omezit pomocí různých opatření, např. stíněním vodičů a měřicí aparatury nebo zvýšením aplikovaného napětí Um. V závislosti na požadovaných parametrech zařízení a okolnostech jeho použití mohou být nicméně taková opatření nevhodná. Stínění zvyšuje prostorové nároky a může komplikovat instalaci senzoru do měřeného prostředí. Zvýšení aplikovaného napětí (např. na desítky nebo stovky voltů) kromě omezení vlivu EMI zvyšuje i rozlišení (platí při zachování AmmU0Ut, viz vztah (6)). Nevýhodou je riziko vyvolání elektrochemických změn v senzoru (senzory vlhkosti) a nutnost zajistit
-2CZ 2018 - 158 A3 odpovídající zdroj; překážkou je u tohoto přístupu omezené maximální vkládané napětí některých typů senzorů.
Nevýhody současného stavu techniky tak spočívají v nutnosti stínění elektromagnetické interference, způsobené přítomností externích elektrických polí - například z rozvodů elektřiny ve zdech, vyzařování elektronických zařízení v okolí. Negativním důsledkem použití vysokého napětí je možné poškození senzoru a snížení bezpečnosti práce s měřicím zařízením. Soudobá řešení tak nenabízejí měřící zařízení s vysokou citlivostí spojenou s širokým rozsahem změny odporu senzoru.
Účelem vynálezu je určovat odpor senzoru v širokém rozsahu hodnot, s možností automatické volby citlivosti na základě aktuální hodnoty odporu senzoru, s co nejvyšší vzorkovací rychlostí a za použití nízkého napětí.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky odstraňuje nový způsob měření odporu rezistivního senzoru zahrnující rezistivní senzor sériově zapojený s aktivně řízenou rezistorovou sítí (dále v textu ARRS) a zdrojem periodického průběhu napětí, přičemž ARRS tvoří jednotlivé větve obsahující rezistor a spínací prvek, kterým může být unipolámí tranzistor. Pomocí spínacích prvků jsou pak do obvodu zapojovány jednotlivé větve ARRS, respektive rezistory, čímž dochází ke změně celkového odporu děliče, který je dán hodnotou paralelně zapojených odporů RO-Rn.
Napětí na uzlu mezi rezistivním senzorem a ARRS je funkcí odporu rezistivního senzoru, přičemž toto napětí je sledováno operačním zesilovačem zapojeným jako sledovač napětí nebo jiným zařízením umožňujícím sledovat hodnotu napětí.
Výhoda vynálezu spočívá ve vysokém rozsahu citlivosti měřicího zařízení díky možnosti řádové změny odporu zapojením jednotlivých větví ARRS. Další výhodou je použití střídavého napětí o nízké amplitudě, což má za důsledek větší bezpečnost práce s měřicím zařízením. Dále nehrozí poškození senzoru vlivem vysokého napětí.
S výhodou lze ve větvi ARRS použít sériové zapojení dvou a více zařazovacích tranzistorů, což má za důsledek zvýšení vstupního odporu dané větve, která tak nebude způsobovat projevy parazitního odporu, pokud nebude zapojena v obvodu.
Další výhodou vynálezu je potlačení parazitických kapacit mezi elektrodami DRAIN a GATE zařazovacích tranzistorů případně mezi elektrodami SOURCE a GATE zařazovacích tranzistorů prostřednictvím superpozice výstupu sledovače napětí na elektrody GATE zařazovacích tranzistorů, což umožňuje zvýšit použitou frekvenci vkládaného napětí, a tedy i rychlost odezvy zařízení.
Ve výhodném provedení obsahuje ARRS alespoň dvě paralelně zapojené větve. S výhodou pak hodnoty odporů předřadných rezistorů tvoří geometrickou řadu. To má za důsledek zvýšení rozsahu citlivosti měřicího zařízení, které tak lze použít i za předpokladu řádových změn odporu rezistivního senzoru.
Další výhoda vynálezu spočívá v použití analogového nebo digitálního filtru na výstupu operačního zesilovače, který propouští pouze frekvenci zdroje napětí, důsledkem čehož pak nedochází k rušení vlivem elektromagnetické interference přítomné z externích elektrických polí.
Ve výhodném provedení je pak v aktivně řízené rezistorové síti trvale zařazen předřadný rezistor RO, přičemž hodnota odporu tohoto rezistorů je nižší než vstupní impedance operačního
-3 CZ 2018 - 158 A3 zesilovače. V tomto provedení je pak maximální hodnota celkového odporu ARRS daná hodnotou odporu předřadného rezistoru RO.
Principiálně může být vynález vyhotoven ve dvou provedeních. V prvním provedení jsou větve aktivně řízené rezistorové sítě paralelně připojovány k trvale zapojenému předřadnému rezistoru R0, důsledkem čehož je možné dosáhnout sepnutí dílčích větví nezávisle na sobě. Díky tomu je pak možné získat větší variabilitu v hodnotách celkového odporu aktivně řízené rezistorové sítě. Ve druhém provedení jsou pak vždy jednotlivé větve připojené paralelně k předřadnému odporu větve předcházející. V tomto provedení mohou být sepnuty větve, pouze když jsou sepnuty všechny větve předchozí.
Ve výhodném provedení jsou rezistivní senzor a aktivně řízená rezistorová síť propojené stíněným kabelem, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen na stíněný kabel a jeho stínící vrstva na výstup operačního zesilovače. Tímto zapojením je potlačen vliv elektromagnetické interference a současně je eliminován nežádoucí vliv parazitické kapacity stíněného kabelu.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:
Obr. 1 - je schematické znázornění zapojení rezistivního senzoru do děliče napětí,
Obr. 2 - je závislost minimální detekovatelné procentuální změny odporu senzoru na poměru odporů rezistoru děliče a senzoru dle rovnice (6),
Obr. 3 - je schematické znázornění provedení vynálezu,
Obr. 4 - je schematické znázornění možných vzájemných uspořádání dvou větví aktivně řízené rezistorové sítě s rezistorem (R) a unipolámím tranzistorem (T),
Obr. 5 - je schéma elektrického obvodu možného provedení vynálezu,
Obr. 6 - je schéma elektrického obvodu dalšího možného provedení vynálezu,
Obr. 7 - je schématické znázornění zapojení větve ARRS.
Příklad uskutečnění vynálezu
Základem vynálezu je napěťový dělič, který je tvořen zapojením aktivně řízené rezistorové sítě 3 (dále v textu uváděné jako ARRS) s dvěma vývody mezi uzly A 2 a B 4 a senzoru 5 mezi uzly označené B 4 a C 6, viz obr. 3. ARRS 3 zahrnuje uspořádání dvou nebo více větví 10, které obsahují prvek s definovaným odporem (rezistor) a spínací prvek, kterým je unipolámí tranzistor. S výhodou je pak spínací prvek tvořený sériovým zapojením více zařazovacích tranzistorů TI. Dva způsoby vzájemného uspořádání dvou větví 10 v ARRS 3 jsou zřejmé z obr. 4. Je-li možné variabilní pořadí rezistoru a tranzistoru, je to ve schématu vyznačeno oboustrannou šipkou. Další větve 10 mohou být do ARRS 3 přidávány analogickým způsobem. Zařazení daného předřadného rezistoru do děliče se provede sepnutím zařazovacích tranzistorů, které jej oddělují od uzlu A 2 prip. B 4. Okamžitá hodnota odporu mezi uzly A 2 a B 4 je dále označována Rarrs.
Je výhodné, aby hodnota odporů předřadných rezistorů v jednotlivých větvích 10 tvořila geometrickou řadu, čímž může být při vhodném zařazování jednotlivých rezistorů zajištěno
-4CZ 2018 - 158 A3 dostatečné rozlišení měření i při změně odporu senzoru 5 o několik řádů. Dále je výhodné, aby jedna větev 10 obsahující předřadný rezistor R0 o nejvyšší hodnotě odporu (RARRs.max) neobsahovala spínací prvek a byla tak zařazena do děliče trvale. Odpor spínacích prvků ve vypnutém stavu by měl být mnohonásobně vyšší než nejvyšší hodnota odporu rezistorů v ARRS
3. Za tímto účelem je možné použít sériové zapojení více zařazovacích tranzistorů TI.
Mezi uzly A 2 a C 4 je vkládán periodický průběh napětí w!B(t). Je výhodné určit jeden z uzlů A 2 a C 6 jako společný uzel, resp. vztažný vodič, jeho potenciál (Va, resp. Ve) považovat za konstantní a nulový (Vref = Va = 0, resp. Vref = Vc = 0) a k tomuto potenciálu vztahovat všechny ostatní potenciály. Průběh wÍB(í) může být harmonický (sinusoida) nebo jiný (obdélníkový, pilový apod.). Operačním zesilovačem 9 zapojeným jako napěťový sledovač se sleduje průběh potenciálu v uzlu B 4. Vstupní impedance operačního zesilovače 9 by měla být mnohonásobně vyšší, než je maximální hodnota odporu aktivně řízené rezistorové sítě 3, aby nedocházelo k nežádoucímu zatížení děliče. Průběh potenciálu na výstupu operačního zesilovače 9 (vb(í)) pak odpovídá superpozici (i) aplikovaného napětí wÍB(í) děleného děličem tvořeným odporem senzoru 5 Rs a odporem aktivně řízené rezistorové sítě 3 Rarrs a (ii) potenciálu indukovaného v důsledku EMI (VEMÁ.t))'.
P(t) =--------íVÁt) - ........ pro řÁ. t”a)
pro Vc, ťbl
Parazitické kapacity mezi elektrodami GATE a DRAIN, resp. SOURCE tranzistorů v ARRS 3 a kapacita stíněného kabelu 8 v případě jeho použití mezi uzlem B 4 a senzorem 5 vytvářejí společně s rezistory v děliči dolní propust, která může snižovat v závislosti na frekvenci w!B(t) amplitudu potenciálu vb(í). Eliminace této dolní propusti lze docílit superpozicí vb(í) na potenciál přiváděný na elektrody GATE předřadných tranzistorů ARRS 3 a přivedením vb(í) na stínící vrstvu stíněného kabelu 8, pokud je použit. Tím je zajištěno, že parazitické kondenzátory jsou nabíjeny zdrojem s nízkou výstupní impedancí (operačním zesilovačem 9) a nezatěžují dělič napětí. Je-li potenciál elektrody GATE způsobující sepnutí daného tranzistoru označen Vg, potenciál elektrody GATE aplikovaný za účelem vypnutí, resp. sepnutí zařazovacího tranzistoru TI V<resp V0B, je potřeba zajistit, aby +vs (0 > ^6 Λ (ř) < prorimastorysN-kanálem + v3(í) < a 5- v3(t} > Fc pro tranzistory s P-kanálem.
Výše uvedené podmínky lze splnit volbou dostatečně nízké amplitudy w!B(t) a v případě silného rušení lze výstup operačního zesilovače 9 navíc podrobit filtraci analogovým filtrem plně propouštějícím frekvenci w!B(t) a potlačujícím frekvence EMI.
Nutným předpokladem k určení odporu senzoru je eliminace vlivu EMI. Výstup operačního zesilovače 9 filtrovaný analogovým nebo digitálním filtrem (vb,/í)) odpovídá průběhu potenciálu v uzlu B 4 modifikovanému přenosovou funkcí H daného filtru, tj. po dosazení do vztahů (7a) resp. (7b):
CZ 2018 - 158 A3 v., Μ) = —w Pkť= IÁ (8a) JL
R. ........ . ·Ύ
Vp Jz) ~H(vPU'Aj pro Krf= tc (8b) ^‘· í: '..... ' je výhodné volit filtr tak, aby H(yEMiCff)=0 (eliminace vlivu EMI); pak platí:
V, .· ( ř) = --------(řÝ) '·· pro Ffef= Fá w
pro rieř= Vc (9b)
-ř R + R
Na základě vztahu (9a) resp. (9b), znalosti přenosové funkce filtru H a aktuálně nastavené hodnoty odporu ARRS 3 Rarrs lze určit odpor senzoru 5 Rs.
Příklad provedení vynálezu je na obr. 5. Na dělič napětí tvořený ARRS 3 a rezistorem Rs (simuluje odpor senzoru 5) je aplikován harmonický průběh napětí o amplitudě 300 mV a frekvenci 55 Hz. Potenciál mezi ARRS 3 a Rs (všechny potenciály jsou vztahované ke společnému uzlu) je sledován operačním zesilovačem 9 s FET vstupy zapojeným jako napěťový sledovač. ARRS 3 obsahuje předřadné rezistory R0 - R3 zapojené způsobem dle obr. 4b. Trojice zařazovacích MOSFET tranzistorů TI - T3 připojují odpovídající předřadné rezistory R1 - R3 paralelně k trvale zařazenému předřadnému rezistoru R0 a mění tak odpor ARRS 3. Potenciál přiváděný na elektrody GATE zařazovacích tranzistorů TI je volen potenciálem vkládaným na elektrody GATE spínacích tranzistorů TX1N a TX1P. Pokud je společný potenciál GATE elektrod prvního a druhého spínacího tranzistoru G1 vyšší, než odpovídá prahovému napětí spínacích tranzistorů TX1N a TX1P (např. G1 = +5 V), je druhý spínací tranzistor TX1N otevřený a první spínací tranzistor TX1P uzavřený. Potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI má pak přímo hodnotu výstupu operačního zesilovače 9, která může nabývat pouze hodnot mezi +150 a -150 mV (napětí vkládané na dělič). Tyto hodnoty jsou nižší, než odpovídá prahovému napětí zařazovacích tranzistorů TI, které jsou proto uzavřené a odpor ARRS 3 je dán hodnotou odporu trvale zařazeného rezistoru R0.
V případě, že společný potenciál elektrod GATE prvního a druhého spínacího tranzistoru G1 je nižší, než odpovídá prahovému napětí spínacích tranzistorů TX1N a TX1P (např. 0 V), je druhý spínací tranzistor TX1N uzavřený a první spínací tranzistor TX1P otevřený. Potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI má pak stejnosměrnou složku UP1 a střídavou složku danou výstupem operačního zesilovače 9, což zajišťují druhý přizpůsobovací rezistor RX1 a přizpůsobovací kondenzátor CX1; je zvolen vhodný potenciál UP1 (např. +5 V) tak, aby potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI měl v každém okamžiku vyšší hodnotu, než odpovídá prahovému napětí zařazovacích tranzistorů TI, které jsou proto otevřené. Odpor ARRS 3 je dán paralelním zapojením trvale zařazeného předřadného rezistoru R0 a předřadného rezistoru R1.
Zcela analogicky jsou připojovány předřadné rezistory R2 a R3 prostřednictvím potenciálů společných potenciálů GATE elektrod spínacích tranzistorů G2, resp. G3. Pro připojení předřadného rezistoru R2 je nutné, aby byl připojen i předřadný rezistor Rl; analogicky pro připojení předřadného rezistoru R3 je nutné, aby byly připojeny i předřadné rezistory Rl a R2
-6CZ 2018 - 158 A3
Odpor ARRS 3 pro hodnoty odporu předřadných rezistorů R0 - R3 uvedené v obr. 5 v závislosti na společných potenciálech spínacích tranzistorů GATE elektrod G1 - G3 uvádí Tabulka 1.
Tabulka 1.
G1 (V) G2 (V) G3 (V) Rarrs
+5 +5 +5 Ro = 100 ΜΩ
0 +5 +5 Ro| |Ri = 9,09 ΜΩ
0 0 +5 Rol |Ri| |R2 = 1,06 ΜΩ
0 0 0 Rol |Ri| |R2| |R3 = 91,4 ΚΩ
Jiná možnost zapojení je znázorněna na obr. 6. ARRS 3 obsahuje předřadné rezistory R0 - R3 zapojené způsobem dle obr. 4a. Připojování předřadných rezistorů se provádí výše popsaným způsobem prostřednictvím společných potenciálů GATE elektrod spínacích tranzistorů G1 - G3. Na rozdíl od předchozího uspořádání (obr. 5) je možné připojovat jednotlivé předřadné rezistory nezávisle na připojení ostatních předřadných rezistorů. Odpor ARRS 3 v závislosti na společných potenciálech GATE elektrod spínacích tranzistorů G1 - G3 se podobně jako v předchozím případě určí jako odpor paralelního zapojení připojených předřadných rezistorů.
Stíněný kabel 8 je použitý k propojení neinvertujícího vstupu operačního zesilovače 9 a rezistivního senzoru 5. Na stínící vrstvu stíněného kabelu 8 je přiváděn výstup operačního zesilovače 9 za účelem potlačení vlivu kapacity stíněného kabelu 8.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (19)

1. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5), vyznačující se tím, že hodnota odporu rezistivního senzoru (5) je určena sériovým zapojením s aktivně řízenou rezistorovou sítí (3) s volitelnou hodnotou odporu a zdrojem periodického průběhu napětí (7), přičemž mezi uzly A (2) a C (6) je přiváděn periodický průběh napětí ze zdroje periodického průběhu napětí (7), přičemž výstupní potenciál na uzlu B (4) mezi aktivně řízenou rezistorovou sítí (3) a rezistivním senzorem (5) je fúnkcí odporu senzoru (5).
2. Zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru (5) zahrnující zdroj periodického průběhu napětí (7), aktivně řízenou rezistorovou síť (3) a rezistivní senzor (5), vyznačující se tím, že výstupy zdroje periodického průběhu napětí (7) jsou zapojené na uzel A (2) a C (6), výstupy aktivně řízené rezistorové sítě (3) jsou zapojené na uzel A (2) a B (4) a výstupy rezistivního senzoru jsou připojené na uzel B (4) a C (6).
3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že na uzel B (4) je připojen neinvertující vstup operačního zesilovače (9), přičemž výstup operačního zesilovače (9) je zapojen na jeho invertuj ící vstup.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že větev (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3) obsahuje předřadný rezistor (Rl) s definovanou hodnotou odporu sériově zapojený se zařazovacím tranzistorem (TI), přičemž na elektrodu GATE zařazovacího tranzistoru (TI) je superponován výstup operačního zesilovače (9).
-7 CZ 2018 - 158 A3
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že elektroda GATE zařazovacího tranzistoru (TI) je přes přizpůsobovací rezistor (RP1) připojena na spojené elektrody DRAIN prvního spínacího tranzistoru (TX1P) a druhého spínacího tranzistoru (TX1N), přičemž elektrody GATE prvního (TX1P) a druhého (TX1N) spínacího tranzistoru jsou přivedeny na společný potenciál (Gl), přičemž elektroda SOURCE prvního spínacího tranzistoru (TX1P) je jednak připojena přes druhý přizpůsobovací rezistor (RX1) na přizpůsobovací potenciál (UP1) a jednak přes přizpůsobovací kondenzátor (CX1) na výstup operačního zesilovače (9) a přičemž elektroda SOURCE druhého spínacího tranzistoru (TX1N) je připojena na výstup operačního zesilovače (9).
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě větve (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3).
7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že aktivně řízená rezistorová síť (3) obsahuje trvale zařazený předřadný rezistor (R0).
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu větev (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3) paralelně připojenou k trvale zařazenému rezistoru (R0).
9. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že hodnoty odporu předřadných rezistorů větví aktivně řízené rezistorové sítě (3) tvoří geometrickou řadu.
10. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že větev (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3) obsahuje alespoň dva zařazovací tranzistory (TI) zapojené v sérii.
11. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 10, vyznačující se tím, že druhá větev (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3) s předřadným rezistorem (R2) je paralelně připojena k předřadnému rezistoru (Rl) první větve (10) aktivně řízené rezistorové sítě (3).
12. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 11, vyznačující se tím, že vstupní impedance operačního zesilovače (9) je vyšší než hodnota odporu trvale zařazeného předřadného rezistoru (R0).
13. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 12, vyznačující se tím, že rezistivní senzor (5) a aktivně řízená rezistorová síť (3) jsou propojeny stíněným kabelem (8).
14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že neinvertující vstup operačního zesilovače (9) je připojený k stíněnému kabelu (8) a výstup operačního zesilovače (9) je připojený ke stínící vrstvě stíněného kabelu (8).
15. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že napětí zdroje periodického průběhu napětí (7) je ve formě harmonického signálu.
16. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že napětí zdroje periodického průběhu napětí (7) je ve formě obdélníkového signálu nebo pilového signálu nebo jiného periodického průběhu signálu.
17. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 1, 15 a 16, vyznačující se tím, že napětí zdroje periodického průběhu napětí (7) má v celém průběhu periody nižší hodnotu, než je prahové napětí předřadných tranzistorů (TI).
-8CZ 2018 - 158 A3
18. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 1, 15 až 17, vyznačující se tím, že napětí na uzlu B (4) je sledováno operačním zesilovačem.
19. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 1, 15 až 18, 5 vyznačující se tím, že výstup operačního zesilovače (9) je filtrován analogovým nebo digitálním filtrem propouštějícím pouze frekvenci zdroje periodického průběhu napětí (7).
5 výkresů
Seznam vztahových značek
1 - vztažný vodič
2 - uzel A
3 - aktivně řízená rezistorová síť
4 - uzel B
5 - rezistivní senzor
6 - uzel C
7 - zdroj periodického průběhu napětí
8 - stíněný kabel
9 - operační zesilovač
10 - větev aktivně řízené rezistorové sítě
RD - odpor děliče
R0 - trvale zařazený předřadný rezistor
R1 - předřadný rezistor první větve ARRS
R2 - předřadný rezistor druhé větve ARRS
R3 - předřadný rezistor třetí větve ARRS
TI - zařazovací tranzistor MOSFET první větve ARRS
T2 - zařazovací tranzistor MOSFET druhé větve ARRS
T3 - zařazovací tranzistor MOSFET třetí větve ARRS
RP1 - první přizpůsobovací rezistor první větve ARRS
RP2 - první přizpůsobovací rezistor druhé větve ARRS
RP3 - první přizpůsobovací rezistor třetí větve ARRS
TX1P - první spínací tranzistor MOSFET první větve ARRS
TX1N - druhý spínací tranzistor MOSFET první větve ARRS
TX2P - první spínací tranzistor MOSFET druhé větve ARRS
TX2N - druhý spínací tranzistor MOSFET druhé větve ARRS
TX3P - první spínací tranzistor MOSFET třetí větve ARRS
TX3N - druhý spínací tranzistor MOSFET třetí větve ARRS
G1 - společný potenciál GATE elektrod prvního a druhého spínacího tranzistoru první větve ARRS
G2 - společný potenciál GATE elektrod prvního a druhého spínacího tranzistoru druhé větve ARRS
G3 - společný potenciál GATE elektrod prvního a druhého spínacího tranzistoru třetí větve ARRS
RX1 - druhý přizpůsobovací rezistor první větve ARRS
RX2 - druhý přizpůsobovací rezistor druhé větve ARRS
RX3 - druhý přizpůsobovací rezistor třetí větve ARRS
CX1 - přizpůsobovací kondenzátor první větve ARRS
CX2 - přizpůsobovací kondenzátor druhé větve ARRS
CX3 - přizpůsobovací kondenzátor třetí větve ARRS
UP1 - přizpůsobovací potenciál první větve ARRS
UP2 - přizpůsobovací potenciál druhé větve ARRS
UP3 - přizpůsobovací potenciál třetí větve ARRS
CZ2018158A 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru CZ308900B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru
PCT/CZ2019/050014 WO2019185070A1 (en) 2018-03-30 2019-03-29 Method and device for measuring the resistance of a resistive sensor
US17/043,602 US11366148B2 (en) 2018-03-30 2019-03-29 Method and device for measuring resistance of resistive sensor using an actively controlled resistor network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2018158A3 true CZ2018158A3 (cs) 2019-10-16
CZ308900B6 CZ308900B6 (cs) 2021-08-18

Family

ID=68164662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11366148B2 (cs)
CZ (1) CZ308900B6 (cs)
WO (1) WO2019185070A1 (cs)

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB895230A (en) * 1958-07-17 1962-05-02 Electronique Appliquee Improvements in or relating to impedance measuring apparatus
GB1403818A (en) * 1972-09-28 1975-08-28 Commw Scient Ind Res Org resistance measuring circuit
US4342089A (en) 1976-09-02 1982-07-27 Genrad, Inc. Method of and apparatus for automatic measurement of circuit parameters with microprocessor calculation techniques
FR2400208A1 (fr) * 1977-08-11 1979-03-09 Thebault Raymond Appareil de mesure de resistance en fonction de la frequence et de l'amplitude du courant
US4578635A (en) 1981-01-14 1986-03-25 Mee John L Device for measuring and indicating changes in the resistance of a living body
US4408282A (en) * 1981-04-22 1983-10-04 Hof Peter J AC Resistance measuring instrument
US4950998A (en) * 1986-10-14 1990-08-21 Drexelbrook Controls, Inc. Continuous condition sensing system
US5373410A (en) * 1992-03-27 1994-12-13 Tandy Corporation Single string resistive divider network for a digital multimeter
US5608333A (en) * 1993-06-18 1997-03-04 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of driving heating element to match its resistance, thermal printer, and resistance measuring device
US5708363A (en) * 1995-10-16 1998-01-13 Signet Scientific Company Liquid conductivity measurement system using a variable-frequency AC voltage
DE10119080B4 (de) * 2001-04-19 2005-05-04 Acam-Messelectronic Gmbh Verfahren und Schaltanordnung zur Widerstandsmessung
DE10303409A1 (de) * 2003-01-29 2004-09-09 Siemens Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement, vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement
DE102008043326B4 (de) * 2008-10-30 2018-03-15 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Widerstandsmessung eines von einer chemischen und/oder physikalischen Messgröße abhängigen Widerstandselements
GB2535745B (en) * 2015-02-25 2020-07-08 Gm Global Tech Operations Llc Glow plug resistance measurement circuit and method
US20170036758A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-09 Sikorsky Aircraft Corporation Systems and methods for damping rotor blade assemblies
CZ2016398A3 (cs) 2016-06-30 2017-05-24 Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci Způsob měření rychlých změn nízkých hodnot povrchové vodivosti dielektrik v prostředí elektromagnetické interference síťového napětí a zařízení pro provádění tohoto způsobu měření
WO2018196986A1 (en) * 2017-04-27 2018-11-01 Advantest Corporation Calibration arrangement and method for deriving a resistance of a resistor

Also Published As

Publication number Publication date
US20210025928A1 (en) 2021-01-28
US11366148B2 (en) 2022-06-21
CZ308900B6 (cs) 2021-08-18
WO2019185070A1 (en) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5815519B2 (ja) 高速応答を有する広ダイナミックレンジ電位計
US9696352B2 (en) Current sense circuit with offset calibration
CN101295188A (zh) 直流小电流恒流源及其校准方法
EP3271733A1 (en) High-voltage measuring unit with self-correction
CA3059739A1 (en) High voltage measurement system and calibration method
PL222066B1 (pl) Adaptacyjny dzielnik napięcia o skorygowanej charakterystyce częstotliwościowej do pomiaru wysokich napięć
US9645193B2 (en) Impedance source ranging apparatus and method
DE102007038225B4 (de) Hochstabiles kapazitives Messsystem für extreme Einsatzbedingungen
US20070103174A1 (en) Direct current test apparatus
KR100974650B1 (ko) 저항 측정장치 및 측정방법
US3490040A (en) Linear broad range moisture content measuring instrument
CZ2018158A3 (cs) Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru
EP2959306A1 (de) Leistungsmessgerät mit interner kalibrierung von diodendetektoren
US3448378A (en) Impedance measuring instrument having a voltage divider comprising a pair of amplifiers
US20130342218A1 (en) Cable Detector
US3443215A (en) Impedance measuring bridge with voltage divider providing constant source impedance to bridge
US3378765A (en) Device for the direct measurement of capacitance
Daire et al. New instruments can lock out lock-ins
WO2001051937A1 (en) Device and method for calibration of an electricity meter
Jain et al. Self-balancing digitizer for resistive half-bridge
JPS6147368B2 (cs)
SU437978A1 (ru) Омметр
Castelli Proposal for the direct comparison of the standards of, capacitance and inductance to ac QHR
UA67820C2 (uk) Пристрій для виміру опорів високоомних об&#39;єктів
Wolffenbuttel et al. Active guarding of a four-point impedance probe with one common guard electrode for maximum readout bandwidth

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20250330