Спосіб та міст для вимірювання електричного опору

1 Спосіб вимірювання будь-яких значень електричного опору в діапазоні від 10п до 10 п+1 , де п - ціле число, за допомогою моста постійного струму методом перестановки плечей з застосуванням послідовно-паралельних перетворювань резисторів компаруючих плечей, який відрізняється тим, що резистори декад компаруючих плечей замикають в паралельні, ПОСЛІДОВНІ та змішані сполучення 2 Міст ДЛЯ вимірювання будь-яких значень електричного опору в діапазоні від 10п до 10 п+1 , де п ціле число, який містить в першому та в другому компаруючих плечах декади послідовно з'єднаних рівнономшальних резисторів з комутаторами, в третьому плечі - зразкову міру з елементами для регулювання опору, в четвертому плечі - вимірю ваний резистор, в діагоналі живлення мостакомпаратора - джерело живлення, у вимірювальній діагоналі - нуль-індикатор, який відрізняється тим, що уведені додаткові комутатори, в першій групі комутаторів контакти з'єднані з усіма виводами резисторів першого компаруючого плеча, причому кожен вивід резисторів з'єднано з виводами комутаторів, ІНШІ виводи котрих з'єднані з іншими виводами резисторів декади, в другій групі комутаторів контакти з'єднані з усіма виводами резисторів другого компаруючого плеча, причому кожен вивід резисторів з'єднано з виводами комутаторів, ІНШІ виводи котрих з'єднані з іншими виводами резисторів декади, в третій групі комутаторів перші контакти з'єднані з виводами резисторів першого та другого компаруючих плечей, другі контакти третьої групи комутаторів з'єднані з трьома суміжними вершинами моста З Міст ДЛЯ вимірювання опорів резисторів по п 2, який відрізняється тим, що в двох компаруючих плечах КІЛЬКІСТЬ резисторів, що комутуються, зменшено до п'яти в кожному Винахід відноситься до електровимірювальної техніки та призначений для особливо точного вимірювання електричного опору резисторів з любими значеннями в діапазоні від 10п до 10 п+1 , де п ціле число, на постійному струмі Відомий спосіб вимірювання опору резисторів за допомогою моста постійного струму методом перестановки плеч з застосуванням послідовнопаралельних перетворювань резисторів компаруючих плеч [1], при якому резистори компаруючих плеч з'єднуються або паралельно або послідовно Недолік цього способу вимірювання полягає в обмеженій КІЛЬКОСТІ способів перетворювань сполучень резисторів компаруючих плеч За прототип пристрою відтворюючого цей спосіб можна розглянути міст -компаратор, який містить два компаруючих плеча, кожне з яких складається з декади послідовно з'єднаних рівнономшальних резисторів та комутаторів для їх послідовного та паралельного включення, а також плечі які складаються із зразкової міри опору та із виміряє мого резистору, комутаційні пристрої для перестановки плеч місцями, джерело живлення та нульіндикатор Такий пристрій забезпечує вимірювання з високою точністю певного ряду значень опорів резисторів в діапазоні від 10п до 10 п+1 , де п - ціле число [1] Недоліком цього пристрою є надлишок прецизійних резисторів в компаруючих плечах, та нерозвинута система їх комутації В основу винаходу нового способу вимірювання електричного опору поставлена задача вимірювання любого значення електричного опору в діапазоні від 10п до 10 п+1 , де п - ціле число, з високою ТОЧНІСТЮ Поставлена задача розв'язується за рахунок того що в способі вимірювання електричного опору резисторів за допомогою моста постійного струму методом перестановки плеч з застосуванням послідовно-паралельних перетворювань резисторів компаруючих плеч, згідно з пропозицією резистори декад компаруючих плеч замикають в (О о> 00 о ю 50896 паралельні, ПОСЛІДОВНІ та змішані сполучення В основу винаходу нового пристрою для вимірювання електричного опору поставлена задача вимірювання любого значення електричного опору п п+1 в діапазоні від 10 до 10 , де п - ціле число, при зменшенні КІЛЬКОСТІ прецизійних резисторів які замикаються в компаруючих плечах Поставлена задача розв'язується за рахунок того що, в міст який містить в першому та в другому компаруючих плечах декади послідовно поєднаних рівнономшальних резисторів с комутаторами, в третім плечі зразкову міру з елементами для регулювання опору, в четвертому плечі виміряємий резистор, в діагоналі живлення мостакомпаратора джерело живлення, у вимірювальній діагоналі нуль-індикатор, згідно з пропозицією уведені додаткові комутатори, в першій групі комутаторів контакти з'єднані з усіма виводами резисторів першого компаруючого плеча, причім кожен вивід резисторів з'єднано з виводами комутаторів, ІНШІ виводи котрих з'єднані з іншими виводами резисторів декади, в другій групі комутаторів контакти з'єднані з усіма виводами резисторів другого компаруючого плеча, причім кожен вивід резисторів з'єднано з виводами комутаторів, ІНШІ ВИВОДИ котрих з'єднані з іншими виводами резисторів декади, в третій групі комутаторів перші контакти з'єднані з виводами резисторів першого та другого компаруючих плеч, другі контакти третьої групи комутаторів з'єднані з трьома суміжними вершинами моста Крім того в двох компаруючих плечах КІЛЬКІСТЬ резисторів що комутуються зменшено до п'яти штук в кожному Використання запропонованого способу та пристрою забезпечують точне компарування у більш широкому діапазоні значень у порівнянні з відомим, у наслідок використання всіх можливих сполучень резисторів в декадах компаруючих плеч, а також позволяють зменшити інструментальну похибку вимірювання внаслідок зменшення КІЛЬКОСТІ резисторів в плечах Спосіб що запропоновано характеризується наступними операціями 1 В одно з плеч мостової схеми включають резистор, значення якого треба визначити 2 У двох інших компаруючих плечах, встановлюють сполучення резисторів Кожне сполучення резисторів характеризується наперед відомим певним значенням коефіцієнту еквівалентного опору Сполучення резисторів підбирають так, щоб відношення їх еквівалентних опорів було близьким до значення виміряємого опору без урахування порядку значення опору що треба виміряти 3 Проводять вимірювання, під час якого виміряємий резистор порівнюють з третім плечем моста (плечем порівняння), значення якого можна встановлювати з високою точністю у невеликому діапазоні Опір виміряємого резистору визначають за формулою (1) Rx = Ro'* R2 0) де Rx - опір резистору, значення якого треба визначити, Ro' - значення опору плеча порівняння яке встановлюється при першому вимірюванні, R1 та R2 опір компаруючих плеч Якщо опір рівнономшальних резисторів що надходять до компаруючих плеч дорівнюється г то формула (1) набуває виду (2) •— і. — — — — — k2*r де k1 та k2 - коефіцієнти еквівалентного опору сполучень резисторів у компаруючих плечах 4 Переставляють місцями плечі моста які формують відношення та перекомутують сполучення резисторів в компаруючих плечах таким чином, щоб коефіцієнти еквівалентного опору нових сполучень були обернено пропорційними коефіцієнтам еквівалентного опору сполучень резисторів до перекомутацм, при цьому всі резистори замкнуті паралельно стають замкнутими послідовно, а всі резистори замкнуті послідовно стають замкнутими паралельно, значення відношення еквівалентних опорів не змінюється 5 Як і до перекомутацм виміряємий резистор порівнюють з третім плечем моста, значення опору визначають за формулою (3) k 2 * = Ro"*~ _ (3) k2 1*. kl де Ro" - значення опору плеча порівняння яке встановлюється при другому вимірюванні, 6 Значення виміряємого опору визначаємо за формулою (4) як полусуму результатов вимірювання при першому та другому вимірюваннях, при цьому похибки компаруючих плеч виключаються Rx „і, В п " * k2 Л k2 (4) На фіг 1 представлена схема запропонованого моста-компаратора Пристрій містить, 1 и 2 - компаруючі плечі, 3 плече порівняння, 4 -виміряємий опір, 5 -джерело живлення, 6 -нуль-індикатор, 7-11 - рівнономшальні резистори декад першого компаруючего плеча, 12-16 - рівнономшальні резистори декад другого компаруючего плеча, 17-22 - комутатори для підключення виводів резисторів декади першого плеча до вершини діагоналі нуль-індикатора, 23-34 комутатори для підключення виводів резисторів декади першого плеча до двох вершин діагоналі живлення, причім група контактів 23-28 служить для перестановки першого компаруючего плеча замість другого, 35-44 - комутатори для замикання резисторів першого компаруючего плеча, причім комутатор 35 служить для замикання першого виводу першого резистора 7 декади и спільного виводу другого 8 и третього 9 резисторів декади, комутатор 36 служить для замикання першого виводу першого резистора 7 декади и спільного виводу третього 9 и четвертого 10 резисторів декади, комутатор 37 служить для замикання першого виводу першого резистора 7 декади и спільного виводу четвертого 10 и п'ятого 11 резисторів декади, комутатор 38 служить для замикання першого виводу першого резистора 7 декади и другого виводу п'ятого 11 резистора декади, комутатор 39 служить для замикання спільного виводу першого 50896 7 и другого 8 резистора декади и спільного виводу третього 9 и четвертого 10 резисторів декади, комутатор 40 служить для замикання спільного виводу першого 7 и другого 8 резистора декади и спільного виводу четвертого 10 и п'ятого 11 резисторів декади, комутатор 41 служить для замикання спільного виводу першого 7 и другого 8 резистора декади и другого виводу п'ятого 11 резистора декади, комутатор 42 служить для замикання спільного виводу другого 8 и третього 9 резистора декади и спільного виводу четвертого 10 и п'ятого 11 резисторів декади, комутатор 43 служить для замикання спільного виводу другого 8 и третього 9 резистора декади и другого виводу п'ятого 11 резистора декади, комутатор 43 служить для замикання спільного виводу третього 9 и четвертого 10 резисторів декади и другого виводу п'ятого 11 резистора декади 45-50 -комутатори для підключення виводів резисторів декади другого плеча до вершини діагоналі нуль-індикатора, 51-62 комутатори для підключення всіх виводів резисторів декади другого плеча к двом вершинам діагоналі живлення, причім група контактів 51-56 служить для перестановки другого компаруючого плеча замість першого, 63-72 - комутатори для замикання резисторів другого компаруючего плеча, схема комутації аналогічна схемі комутації першого компаруючего плеча, 73 - зразкова міра плеча порівняння, 74 - елемент для регулювання опору зразкової міри плеча порівняння КІЛЬКІСТЬ резисторів в компаруючих плечах обирають в залежності від метрологічних характеристик пристрою та пов'язаною з цим найбільшою ступінню між двома суміжними значеннями електричного опору компаруючого плеча яка відтворюються за допомогою змішаних сполучень Для п'яти резисторів плеча значення найбільшої ступіні становить 0,1892г де г - опор резисторів з яких утворено плече Приведемо приклад реалізації способу та одночасно роботи пристою Нехай необхідно провести вимірювання опору резистору 4, номінальне значення якого дорівнює 1850м, в 1,85 рази перевищує значення плеча порівняння 3 Відношення опорів компаруючих плеч 1 и 2 також повинно приблизно дорівнювати 1,85 Для цього в плече 1 за допомогою замикання контактів 18,33,37, комутується схема яку зображено на фіг 2, с еквівалентним опором Кэ=0,8г де г - номінальний опір резисторів декади В плече 2 за допомогою замикання контактів 45,47,58,62,63,69 комутується схема зображена на фіг 3, с еквівалентним опором Кэ=0,428571 г У цьому випадку відношення компаруючих плеч 1 и 2 буде складати величину 1,866667 (див формулу(2)) Рівноваги моста добиваються регулюванням плеча порівняння 3 Відрахунок знімається за допомогою елементу 74, якій дозволяє міняти в невеликих границях опір зразкової міри 73 плеча порівняння Далі компаруючі плечі 1 и 2 перестановлюють місцями, а для того щоб відношення не змінювалось, в плече 1 за допомогою замикання контактів 17,25,27,39,42, комутується схема зображена на фіг 4, с еквівалентним опором Кэ= 1,25г, в плече 2 за допомогою замикання контактів 45,54,56,70,72 комутується схема зображена на фіг 5, с еквівалентним опором Кэ=2,3333г Відношення опорів в плечах 2 и 1 зістається таким же як і при попередньому вимірюванні (див Формулу (3)) Рівноваги моста також добиваються регулюванням плеча порівняння 3 Відрахунок знімається за допомогою елементу 74 Результат вимірювання визначають за формулою (4) Відносна похибка виміряємого опору 4 дорівнює середньому арифметичному відносних похибок плеча порівняння 3 при першому та другому вимірюваннях Похибки компаруючих плеч виключаються і тому до результату не надходять Перекомутація резисторів із одного змішаного сполучення в інше може бути відтворена при більшої та меншої КІЛЬКОСТІ резисторів Література 1 АС СРСР №752176 Кальф-КалифС М «Мост-компаратор» 50896 17-22 ФІГ 1. Фіг,2 45-50 50896 j і , , ,1—' '""1, 10 j , Фіг.4 Фіг. 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71