Спосіб вимірювання електричного опору

Спосіб вимірювання електричного опору, згідно з яким за допомогою подвійного шестиплечого моста постійного струму Томсона, зрівноважують мостову схему за нуль-індикатором з допомогою зміни опорів плечей порівняння, що рівні між собою та змінюються синхронно, який відрізняється тим, що додатково міняють місцями плечі, відповідні зразковій мірі та вимірювальному опору, і повторно зрівноважують мостову схему за нуль-індикатором з допомогою плечей порівняння, а значення вимірювального опору Rx визначають за формулою: Винахід відноситься до електровимірювальної техніки і може бути використаний для повірки мір електричного опору, шунтів, вимірювання електричного опору з малими значеннями, створення вузлів вимірювальної техніки на мікроелектронному рівні та при вимірюванні неелектричних величин. Відомий спосіб вимірювання електричного опору [Поліщук Є, С., Дорожовець М. М., Яцук В.О. та ін. Метрологія та вимірювальна техніка: / Підручник - Львів; Вид. "Бескид Біт", 2003. - 544с. (235с., рис. 10.1. г.)], однак, опір під'єднювальних провідників збільшує похибку вимірювання опору. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб вимірювання опору резистора, згідно якого за допомогою подвійного шестиплечого моста постійною струму Томсона «Лорда Кельвіна» зрівноважують мостову схему за нуль-індикатором з допомогою зміни опору плеч порівняння, що рівні між собою та змінюються синхронно. [Поліщук Є.,С., Дорожовець М.М., Яцук В.О. та ін. Метрологія та вимірювальна техніка: / Підручник Львів: Вид. "Бескид Біт", 2003. - 544с. (236с., рис. 10.3.)]. Спосіб здійснюється на пристрої, що складається з шести плеч, причому значення опору першого, четвертого, що утворюють плечі порівняння, другого і третього попарно рівні, опору вимірювального п'ятого плеча, опору шостого плеча, зразкова міра, і опору з'єднання, нульіндикатора та джерела живлення постійного струму, причому перший вивід першого плеча під'єднаний до першого потенціального виводу п'ятого плеча, другий вивід опору першого плеча під'єднаний до другого виводу третього плеча та першого виводу нуль-індикатора, причому другий вивід нуль-індикатора під'єднаний до другого виводу опору четвертого плеча та другого виводу опору другого плеча, причому його перший вивід, під'єднаний до першого потенціального виводу шостого плеча, перший струмовий вивід, під'єднаний до першого виводу опору з’єднання, а Rx = RN × R1пор.x , R1пор.N де RN значення опору плеча, відповідне зразковій мірі; R1пор.x - значення опору плеча порівняння при (19) UA (11) 82855 (13) вимірюванні опору плеча відповідного зразковій мірі. C2 вимірюванні опору плеча відповідного вимірювальному опору; RX - значення опору плеча, відповідне вимірювальному опору; R1пор.N - значення опору плеча порівняння при 3 другий вивід, з'єднаний з другим струмовим виводом п'ятого плеча, а його перший струмовий вивід з'єднаний і позитивним виводом джерела постійного струму, від'ємний вивід якого з'єднаний з другим струмовим виводом шостого плеча, а другий потенціальний вивід шостого плеча під'єднаний до першого виводу опору третього плеча. Однак, даний спосіб має низьку точність, за рахунок впливу похибок плеча порівняння та плеча відношення. В основу винаходу поставлене завдання створити спосіб вимірювання електричного опору, з використанням алгоритму, що дозволяє підвищити точність вимірювання. Поставлене завдання вирішується тим, що вимірювання електричного опору, згідно якого за допомогою подвійного шестиплечого моста постійного струму Томсона «Лорда Кельвіна», зрівноважують мостову схему за нуль-індикатором з допомогою зміни опору плеч порівняння, що рівні між собою та змінюються синхронно, згідно винаходу, додатково міняють місцями плечі зразкова міра та вимірювальний опір і повторно зрівноважують мостову схему за нуль-індикатором з допомогою плеч порівняння, а значення вимірювального опору Rx визначають за формулою R1пор.x Rx = RN × , R1пор.N де RN - значення опору плеча зразкова міра; R1пор.x - значення опору плеча порівняння при вимірюванні опору плеча R X - вимірювальний опір; R1пор.N - значення опору плеча порівняння при вимірюванні опору плеча RN - зразкова міра. Зміна місцями плеч, у подвійному шестиплечому мості постійного струму Томсона «Лорда Кельвіна» та визначення значення вимірювального опору, як добуток значення опору плеча зразкова міра на значення кореня квадратного з частки значень опору плеча порівняння при першому зрівноважені на значення опору плеча порівняння при повторному зрівноважені дозволяє підвищити точність вимірювання більше ніж в 2 рази. На Фіг.1 зображено принципову схему пристрою, подвійного шестиплечного моста постійного струму Томсона «Лорда Кельвіна» для вимірювання опору, а на Фіг.2 ця схема після заміни місцями п'ятого плеча вимірювальний опір та шостого плеча моста, зразкова міра, де: 1 - перше плече порівняння моста, 2 - друге плече моста , 3 - третє плече відношень моста, 4 четверте плече порівняння моста , 5 - п'яте плече моста, вимірювальний електричний опір, 6 - шосте плече моста, зразкова міра , 7 - опір з’єднання , 8 нуль-індикатор, 9 - джерело живлення, 10 перший потенціальний вивід п'ятого плеча моста, 11- другий потенціальний вивід п'ятого плеча моста, 12 - перший потенціальний вивід п’ятого плеча моста, 13 - другий струмовий вивід п'ятого 82855 4 плеча моста, 14 - перший потенціальний вивід шостого плеча моста, 15 - другий потенціальний вивід шостого плеча моста, 16 - перший струмовий вивід шостого плеча моста, 17- другий струмовий вивід шостого плеча моста, 18 - перший вивід нуль-індикатора, 19 - другий вивід нульіндикатора. Спосіб реалізується наступним чином: за допомогою подвійного моста постійного струму Томсона «Лорда Кельвіна» (фіг.1) вимірюємо опір вимірювального плеча 5, Rx R x = RN R1пор.x R3r + r + R3 + R 4 R2 R1пор. х æ R1 R 4 ö ÷ ç + d, ç R - R ÷ = RN R 2 3ø 2 è (1) де – R1, R2, R3, R4, відповідно, значення опору першого плеча порівняння моста 1, другого плеча моста 2, третього плеча відношень моста 3, четвертого плеча порівняння моста 4; RN значення опору шостого плеча моста, зразкова міра 6, r - значення опору з'єднання. Для того щоб d=0, треба забезпечити R1 R 4 =0 R2 R3 З цією метою R1 і R4, також R2 і R3 беріть попарно рівні. Проте рівність R1=R4 і R2=R3 може також бути забезпечена з певною точністю» яка залежить від точнисті підгонки цих опорів. Тому при вимірюванні дуже малих опорів необхідно враховувати можливість впливу члена d на результат вимірювань і прийняти відповідні заходи для усунення цього впливу. Вважаємо вплив члену d на результат вимірювання нехтуючи малим. Похибка вимірювання при цьому буде дорівнювати dRx = dRN + dR1пор.х - dR2 + dкв.х., (2) де dRN, dR1пор.х - відповідні похибки опорів шостого плеча моста зракова міра 6, RN та першого плеча порівняння 1, R1пор.х; dкв.х. - відносна похибка квантування. На практиці дійсні значення похибок dRN, dR1пор.х, dR2, не завжди відомі, тому для оцінки значення похибки користуються її граничним значенням, знайденим з урахуванням граничних похибок опорів плеч. Тоді граничне значення похибки вимірювання буде рівним ½dRx½гр.=½dRN½гр.+½dR1пор.х½гр.+½dR2½гр.+½dкв.х.½гр (3) Після цього помінявши плечі: п'яте плече моста 5, вимірювальний опір Rx та шосте плече моста 6, зразкова міра RN місцями (Фіг.2) за допомогою першого 1 та четвертого 4 плеч порівняння R1, R4 зрівноважують по нульіндикатору 8 мостову схему та відраховують R R1пор æ R1 R 4 ö показання .N R3r ÷= R x 1пор.N + d, ç RN = R x + (4) R R ÷ R r +R + R çR 2 3 4è 2 3ø 2 Визначають значення опору Rx п'ятого плеча вимірювальний опір розв'язуючи систему з рівнянь (1), (4) і, підставивши замість RN дійсне значення опору плеча 6 зразкова міра RдN отримаємо R дN × R1пор.х Rx = , R1пор.N × Rx RдN R 2 × R1пор .х = R 2 × R1пор.N . x дN 5 82855 Звідси R1пор.x Rx = R дN × R1пор.N d R x = dR дN + (5) 1 ( dR1пор.х - d R1пор.N ) + dкв.х. - dкв.N (6) 2 де dRдN, dR1пор.х, dR1пор.N - відповідні похибки опорів шостого плеча 6, зразкова міра RдN та першого плеча порівняння 1, R1пор.х, dR1пор.N; d кв.х., d кв.N. - відносні похибки квантування. Граничне значення похибки вимірювання буде дорівнювати dx гр. = dR дN гр. + 1æ ö + dR1пор.N ÷ + 2dкв. |, (7) ç dR1пор.х гр. ø гр. 2è де граничне значення похибки квантування 0,5 D RП 0,5 DRП dкв. = ± »± RП.N RП. Х Комп’ютерна верстка В. Клюкін 6 DRП. - значення кроку квантування опору першого плеча порівняння моста 1 та четвертого плеча моста, порівняння 4. Похибку квантування можна зробити нехтуючи малою за рахунок збільшення опору першого та четвертого плеч порівняння моста 1, 4, і тоді похибка вимірювання буде визначатися лише відносною похибкою шостого плеча 6, зразкова міра RN та півсумою граничних значень відносних похибок першого плеча 1 порівняння R1пор., які мають одинакові граничні значення. Тоді ½d х½гр.=½dRдN½гр.+½dR1пор.½гр.+2×dкв., (8) Якщо, наприклад, для моста типу МОД-61 кл. 0,05 RдN відоме з граничною похибкою dRдN=±0,001%, a dR1пop.=±0,01%, то можна отримати похибку вимірювання резистора |dх| гр.=±0,011%, що дає підвищення в точності більше ніж 2 рази. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601