SU1188661A2 - Квазимостовой измеритель сопротивлени - Google Patents

Abstract

КВАЗИМОСТОВОЙ ИЗЖРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПС авт.св. 568898, отличающийс  тем, что, с целью повышени .точности и надежности , между выходом звездообразного резисторного делител  напр жени  и входом операционного усилител  введены последовательно-соединенные посто нный по сопротивлению резистор и резистор с управл емым сопротивлением, а кажда  из ступенчатых мер сопротивлени  выполнена в виде мультирезисторов трансферов . сл X) эо 95 У

Description

Изобретение относитс  к средствам электроизмерительной техники, используемым в качестве прецизионных измерителей сопротивлени  (омметров) и проводимости (симмен метров), и  вл етс  усовершенствованием известного устройства по авт. св. СССР № 568898. Целью изобретени   вл етс  повы шение точности и надежности за счет компенсации погрешностей плеч относительным изменением сопротивлени  управл емого резистора, а та же за счет применени  трансферов. На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на фиг.2 электрическа  схема трансфера. Устройство содержит зажимы 1 и 2 дл  подключени  объекта измерени  3 (R X ( X регулируемый источник 4 напр жени  U, нуль-орган 5 с входной проводимостью GHP и порогом чувствительности дО, общую шину 6, операционный усилитель 7 с выходным напр жением ср , звездообразный резисторный делител 8 напр жени , представл емый схемой замещени  в виде треугольника проводимостей G, |U G, G(/i), (1) где PJ 0,Х,,..,Х(,,..,Х„ коэффициент преобразовани  де лител  по основному его выходу; коэффициент преобразовани  делител  по дополнительному его выходу; G - выходна  проводимость звездорезисторного делител  напр жени ; G,y - входна  проводимость шунт рабочих плеч-проводимостей 0 и JUG делител  напр жени . Перва  ступенчата  мера 9 сопро тивлени  образует первое масштабно плечо с сопротивлением К,;.втора  ступенчата  мера 10 сопротивлени  образует второе масштабное плечо с сопротивлением третье масштаб ное плечо 11 с сопротивлением R (1+ у) - R (2) образовано пос ледовательным соединением посто нн го по сопротивлению резистора 12 и резистора 13 с-управл емым сопроти лением. Устройство содержит также канал 14управлени  резистором 13, канал 15управлени  делителем 8 со стороны нуль-органа, канал 16 управлени  первой ступенчатой мерой 9, канал. 17 управлени  второй ступенчатой мерой 10, канал 18 управлени  регулируемым источником 4. Квазистовой измеритель сопротивлени  содержит многоконтурную измерительную цепь, составленную из перечисленных ранее составных элементов . Первый контур измерительной цепи устройства образован последовательным соединением регулируемого источника 4, объекта измерени  3 нуль-органа 5. Второй контур измерительной цепи устройства образован последовательным соединением регулируемого источника 4, второго масштабного плеча и входа операционного усилител  7. Третий контур измерительной цепи устройства образован.соединением выхода операционного усилител  7, первого масштабного плеча и нуль-органа 5. Четвертый контур измерительной цепи устройства образован соединением выхода операционного усилител  7 с входом делител  8. П тый контур измерительной цепи устройства образован соединением выхода делител  8 через третье масштабное плечо с входом операционного усилител  7. Устройство работает следующим образом. После подключени  объекта измерени  3 с сопротивлением RX к эажрмам 1 и 2 и включени  источника 4 с напр жением и под действием последнего через сопротивление R ji и нуль-орган 5 с входной проводимостью СноНачинает протекать ток первого контура и : (R,+ I/G. ) ( Этот ток (3) в нуль-органе 5 вначала частично (а затем полностью) компенсируетс  током третьего контура 1 (f : ( 1/0„ ) (4) В итоге (3) и (4) протекающий через нуль-орган 5 ток Чо 1 - Ь (5) может быть изменением тока 1 доведен до нулевого (т.е) квазимост может быть уравновешен)

I, - ч о (6)

Но

В момент равновеси , когда вьшолн етс  условие (6), падение напр жени  на входе нуль-органа 5 будет

Ди а О ,(7)

вследствие чего в измерительной цепи установ тс  следующие соотношени  характеризующих его величин

(8)

Ц R; ( 9)

Ij

При учете (6) и (8) и (9) следует,

J

f что

i:i

(10)

-R,

q.

(11)

откуда R R,- .

Отношение величин U/tp в свою очередь можно определить из равенства токов второго и четвертого контуров

(12)

1 If ,

при учете, что ток второго контура

(13)

и : R,

Ц /Мер: R(1±y) , (14) следует, что

и : R2 (MCf: R, (1 ±у),(15) откуда

и :(f ;uR2 Дз (ИУ (16) После подстановки (16) и (11) получим условие равновеси  рассматриваемой измерительной цепи

R , R2 1

|U.

(17)

1

R

i Известно, что действительные значени  сопротивлений плеч моста R, К, Кз с номинальными значени ми сопротивлений этих плеч RJHOM 2 ном. 3 ио гл св заны соотйошени йи R RI,,.. 1 - 5i) ; R. Rflu. (1 - z) ; ( 1 -6j) , где-0, ,02,0 - относительные погреш ности соответствующих сопротивлений. После подстановки (18), (19), (20 в (17) р да преобразований и пренебрежени  членами второго пор дка малости получим окончательное г1фажение уравнени  равновеси  измерительной цепи

614

Кд /UR гном эном ( + S, ±У )(21)

Как следует из (21), в квазимостоном измерителе сопротивлени  относительным изменением сопротивлени  резистора 13 можно скомпенсировать вли ние погрешностей плеч R,, Rj, Rg т.е. установить сумму погрешностей плеч и компенсирующего их изменени , равной нулю

- g, - 2 9, + у - о (22) Таким образом, вследствие компенсир тощего вли ни  У результирующа  погрешностей плеч квазимостового измерител  сопротивлени  может быть уменьшена до уровн  погрешности внешней образцовой меры, подключаемой на врем  калибровки вместо R к зажимам 1 и 2.

Особенно;. эффективное устройство, если его масштабные плечи выполнить в виде мультирезисторов-трансферов (малогабаритных переходных мер сопротивлени  без подстроечных резисторных элементов). Например, первое и второе масштабные плечи (в отдельных случа х и третье масштабное плечо) можно реализовать одиночными резисторами, группами, резисторов (мультирезисторами и трансферами - наборами равнономинальных по сопротивлению резисторов с переключающими устройствами дл  соединений зтих резисторов) по однородным схемам а,б,в согласно фиг.2. В данном устройстве трансферы без подстроечных резисторов впервые примен ютс  дл  моделирввани  масштабного множител  с одним общим подстроёчным элементом дл  одной группы трансферов. Каждый трансфер по отдельности  вл етс  источником трех инвариант-сопротивлений: основного инвариант-сопротив лени  при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме согласно фиг. 2а RU, (1/R,+ 1/Ra+ I/R, H/V второго инвариант-сопротивлени  при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме со.гласно фиг.2 о

Ru2 ( 1/R2+ 1/ + (1/R4+ 1/R + 1/R )+ (

H-I/RO)-; (24$ третьего инвариант-сопротивлени  при структуре соединений резисторных элементов по однородной схеме согласно фиг.2Ь RU3 S,+ R2+ Кз+ + R,p . (2 Теоретические и экспериментальные исследовани  дали следзтощие резуль таты: наиболее веро тной системати ческой погрешностью 10-секционного трансфера из резисторов с допуском i о будет погрешность ST- 8/ -лГГ ; (26 вариаци  погрешности трансфера при переходе RU,- R R ц , будет величиной второго пор дка малости, поскольку она не более (27 Например, если 10-злементный . трансфер выполнить из резисторов с погрешностью S (+ 0,01%), то согласно (26) компенсируема  систематическа  погрешность этого трансфера будет 0,003%, а ее (некомпенсируема ) вариаци  согласно (27) будет менее (0,003x0,01) 10-8(), что 0,01%:0,000001% 10000 раз меньша  величина, чем S - допуск по сопротивлению дл  р зистора - элемента трансфера. Таким образом, если плечи измерительной цепи устройства выполнить в виде трансферов, то его погрешность в целом при указанной структуре его цепи может быть скомпенсирована до уровн  результирующей вариации систематических погрешностей указанных плеч, что по крайней мере в 10-100 раз меньше суммы систематических погрешностей плеч изме рительной цепи прототипа и предлагаемого устройства.Отмеченное свойство предлагаемого устройства позвол ет при реализации имеющихс  измерительных резисторов с допуском по сопротивлению в 0,02 - 0,01% выполнить как омметр (сименсметр) класса точности намного лучше, чем 0,01%, например 0,005% или 0,002%, 0,001%.

Современные прецизионные измерительные резисторы имеют частоту отказов г.- „М р ft 10 ... 10 используемые совместно с измерительными резисторами подстроечные резисторы имеют частоту отказов Л пр 2- 10- ,(29) вследствие чего суммарна  частота отказов плеча цепи в виде последог вательного соединени  измерительного посто нного и регулируемого подстроечного резисторов р 71 пр 20-10(30) Дл  уменьшени  частоты отказов ; простейшего составного плеча цепей классических мостов-омметров и немостового омметра-прототипа приходитс  прибегать к двух- и даже трехкратному резервированию, т.е. использовать дл  реализации плеча помимо основного ещё соответственно двух или трех аналоговых резервных плеч из двух резисторов (посто нного и подстроечного). Трансфер при 10 основных и 3-х резервных посто нных резисторах обеспечивает в предлагаемом устройстве масштабировани  на трех пределах измерени  с такой же надежностью расход 13:3 4(3) резистора /предел, (31) тогда как в традиционных мостах в квазимостовом прототипе- омметре дл  этого расходует (2x4):10 « 0,8 резисторов/предел. Более высока  точность и надежность устройства обеспечиваетс  структурой измерительной цепи и реализацией плеч последней в виде мультирезисторов-трансферов . Устройство легко превратить в квазимост-сго1енс1 етр, дл  чего достаточно помен ть местами входы делител  8 и второго масштабного плеча . Полученный в результате такой перестановки (инверсии) новый инверт квазимост - сименсметр сохран ет такое же количество по точности и надежности. Оба устройства не требуют применени  дефицитных высокопрецизионных резисторов и высококачественных дорогих изол торов, что обеспечивает экономию денежных средств и лимитируемых материалов,упрощает конструкцию и технологию описанных квАзимостовых измерителей.

Фиг. 2

Claims (1)

1. КВАЗИМОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ пс авт.св. № 568898, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, между выходом звездообразного резисторного делителя напряжения и входом операционного усилителя введены последовательно-соединенные постоянный по сопротивлению резистор и резистор с управляемым сопротивлением, а каждая из ступенчатых мер сопротивления выполнена в виде мультирезисторов трансферов.

   SU..·» 1188661