Пристрій для вимірювання електричного опору

Реферат: Пристрій для вимірювання електричного опору містить чотириплечий міст, джерело живлення, операційний підсилювач, інтегратор, чотири компаратори, дев'ять схем співпадіння, магазин опорів з електронним потактовим управлінням, два тригера та схему управління. UA 73621 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ UA 73621 U UA 73621 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана при розробці систем управління, вбудованих мікросхем. Відомий пристрій для вимірювання електричного опору, який містить шестиплечий міст, що включає шість електричних опорів - R, R0, R1, R2, R3, R4, вимірюваний електричний опір Rx, а також ряд додаткових опорів, як: опори провідників - rп1, rп2, rп3, rп4, rп5, rп6, опори щіток rщ1, rщ2, rщ3, rщ4, опори з'єднувальних (монтажних) провідників rм1, rм2, rм3, rм4, гальванометр, амперметр та джерело живлення. [Городовский А.Ф., Мосты постоянного тока. - Л.: Издательство «Энергия», 1964. - С. 9, рис. 4]. Даний пристрій на основі шестиплечого моста має складність процесу вимірювання електричного опору, неможливість фіксувати рівновагу моста та відповідним чином коригувати рівновагу електричного моста, а також відсутність ефективного інструменту автоматизації процесу вимірювання та автоматизації роботи пристрою в цілому. Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, що заявляється, є пристрій на основі чотириплечого моста [Городовский А.Ф., Мосты постоянного тока. - Л.: Издательство «Энергия», 1964. - С. 7, рис. 2], що містить два електричні опори - R2 та R4, змінний (керований) електричний опір R3, вимірюваний електричний опір - Rx, гальванометр Г, джерело живлення U, а також ряд додаткових опорів, як опори провідників - rп1, rп2, rп3, rп4, rп5, rп6 опори щіток - rщ1, rщ2, rщ3, та опір з'єднувальних (монтажних) провідників rм1, причому один із входів опору R2 через додаткові опори rщ1 та rп6 з'єднаний із джерелом живлення U, а через додаткові опори rщ1 та rщ2 із входом опору R4, другий вхід якого через додатковий опір r п4 з'єднаний із гальванометром Г, а через додатковий опір rщ3 - із входом змінного опору R3, другий вхід якого через додаткові опори rм1 та rп5 з'єднаний із джерелом живлення U, а через додаткові опори rм1 та rп3 - із входом вимірюваного опору Rx, другий вхід якого через додатковий опір r п1 з'єднаний із входом опору R2 та через додаткові опори rп1 та rп2 - із входом гальванометра Г. Однак, в цьому пристрої для вимірювання електричного опору немає можливості фіксувати рівновагу моста з великою точністю та відповідним чином коригувати рівновагу електричного моста в автоматичному режимі, а також відсутній ефективний механізм автоматизації процесу вимірювання та автоматизації роботи пристрою в цілому, що унеможливлює інтегрування пристрою з технологією виготовлення мікроелектромеханічних систем (МЕМС). В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій для вимірювання електричного опору, нове схемотехнічне виконання якого дозволило б фіксувати рівновагу моста з великою точністю та відповідним чином коригувати рівновагу електричного моста в автоматичному режимі з допомогою ефективного механізму автоматизації процесу вимірювання та автоматизації роботи пристрою в цілому, що забезпечило б можливість інтегрування пристрою з технологією виготовлення мікроелектромеханічних систем (МЕМС). Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для вимірювання електричного опору, який містить чотириплечий міст та з'єднане з його входами джерело живлення, згідно з корисною моделлю, додатково введено операційний підсилювач, інтегратор, чотири компаратори, дев'ять схем співпадіння, магазин опорів з електронним потактовим управлінням, два тригера та схему управління, причому перший вхід операційного підсилювача з'єднаний з першими входами відповідно першого та другого компараторів та першим виходом чотириплечого моста, а другий вхід операційного підсилювача з'єднаний з другими входами відповідно першого та другого компараторів та другим виходом чотириплечого моста, а вихід операційного підсилювача з'єднаний з першим входом інтегратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми співпадіння, перший вхід якої з'єднаний з виходом першої схеми співпадіння, а другий вхід - з другим виходом схеми управління, вхід якої з'єднаний з виходом дев'ятої схеми співпадіння, другий вхід якої з'єднаний з виходом другого тригера, а перший вихід схеми управління з'єднаний з першим входом першого тригера та першими входами відповідно третьої, четвертої, шостої та сьомої схем співпадіння, а другі входи третьої та четвертої схем співпадіння з'єднані з виходами відповідно четвертого та третього компараторів, входи яких з'єднані з виходом інтегратора, а треті входи третьої та четвертої схем співпадіння з'єднані з виходом п'ятої схеми співпадіння, перший вхід якої з'єднаний одночасно з другим входом шостої схеми співпадіння, виходом другого компаратора та першим входом першої схеми співпадіння, а другий вхід п'ятої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з другим входом сьомої схеми співпадіння, виходом першого компаратора та другим входом першої схеми співпадіння, а вихід третьої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з четвертим входом восьмої схеми співпадіння та першим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням, а вихід четвертої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з третім входом восьмої схеми співпадіння та другим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням, третій вхід якого з'єднаний одночасно з виходом шостої схеми співпадіння та другим входом восьмої 1 UA 73621 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 схеми співпадіння, а четвертий вхід магазину опорів з електронним потактовим управлінням одночасно з'єднаний з виходом сьомої схеми співпадіння та першим входом восьмої схеми співпадіння, вихід якої з'єднаний з другими входами першого та другого тригерів, а перший вихід магазину опорів з електронним потактовим управлінням з'єднаний з першим входом дев'ятої схеми співпадіння, а другий та третій виходи магазину опорів з електронним потактовим управлінням з'єднані відповідно з четвертим та третім виходами чотириплечого моста. Використання в схемі пристрою для вимірювання електричного опору операційного підсилювача, інтегратора, компараторів, схем співпадіння і тригерів в сукупності із магазином опорів з електронним потактовим управлінням та схемою управління дало змогу фіксувати рівновагу моста з великою точністю та відповідним чином коригувати рівновагу електричного моста в автоматичному режимі з допомогою ефективного механізму автоматизації процесу вимірювання та автоматизації роботи пристрою в цілому, що забезпечує можливість інтегрування пристрою з технологією виготовлення мікроелектромеханічних систем (МЕМС). Схема пристрою для вимірювання електричного опору показана на кресленні. Пристрій для вимірювання електричного опору містить чотириплечий міст 1, перший та другий компаратори 2, 3, першу та другу схеми співпадіння 4, 5, операційний підсилювач 6, інтегратор 7, третій та четвертий компаратори 8, 9, третю, четверту, п'яту, шосту та сьому схеми співпадіння 10, 11, 12, 13, 14, магазин опорів з електронним потактовим управлінням 15, восьму схему співпадіння 16, два тригера 17, 18, дев'яту схему співпадіння 19 та схему управління 20, причому перший вхід операційного підсилювача 6 з'єднаний з першими входами відповідно першого та другого компараторів 2 і 3 та першим виходом чотириплечого моста 1, а другий вхід операційного підсилювача 6 з'єднаний з другими входами відповідно першого та другого компараторів 2, 3 та другим виходом чотириплечого моста 1, а вихід операційного підсилювача 6 з'єднаний з першим входом інтегратора 7, другий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми співпадіння 5, перший вхід якої з'єднаний з виходом першої схеми співпадіння 4, а другий вхід з другим виходом схеми управління 20, вхід якої з'єднаний з виходом дев'ятої схеми співпадіння 19, другий вхід якої з'єднаний з виходом другого тригера 18, а перший вихід схеми управління 20 з'єднаний з першим входом першого тригера 17 та першими входами відповідно третьої, четвертої, шостої та сьомої схем співпадіння 10, 11, 13, 14, а другі входи третьої 10 та четвертої 11 схем співпадіння з'єднані з виходами відповідно четвертого 9 та третього 8 компараторів, входи яких з'єднані з виходом інтегратора 7, а треті входи третьої 10 та четвертої 11 схем співпадіння з'єднані з виходом п'ятої схеми співпадіння 12, перший вхід якої з'єднаний одночасно з другим входом шостої схеми співпадіння 13, виходом другого компаратора 3 та першим входом першої схеми співпадіння 4, а другий вхід п'ятої схеми співпадіння 12 одночасно з'єднаний з другим входом сьомої схеми співпадіння 14, виходом першого компаратора 2 та другим входом першої схеми співпадіння 4, а вихід третьої схеми співпадіння 10 одночасно з'єднаний з четвертим входом восьмої схеми співпадіння 16 та першим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням 15, а вихід четвертої схеми співпадіння 11 одночасно з'єднаний з третім входом восьмої схеми співпадіння 16 та другим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням 15, третій вхід якого з'єднаний одночасно з виходом шостої схеми співпадіння 13 та другим входом восьмої схеми співпадіння 16, а четвертий вхід магазину опорів з електронним потактовим управлінням 15 одночасно з'єднаний з виходом сьомої схеми співпадіння 14 та першим входом восьмої схеми співпадіння 16, вихід якої з'єднаний з другими входами першого 17 та другого 18 тригерів, а перший вихід магазину опорів з електронним потактовим управлінням 15 з'єднаний з першим входом дев'ятої схеми співпадіння 19, а другий та третій виходи магазину опорів з електронним потактовим управлінням 15 з'єднані відповідно з четвертим та третім виходами чотириплечого моста 1. Пристрій для вимірювання електричного опору працює наступним чином. Для вимірювання електричного опору використовують 3 електричних опори - R2, R3, R4, які підбираються таким чином, щоб досягти рівноваги чотириплечого моста 1. В околі точки рівноваги чотириплечого моста 1 знімається залишкова напруга ΔU, котра фіксується одним із компараторів 2 чи 3 і запускає, відповідно, механізм збільшення чи зменшення величини керованого опору R3 в області великих та середніх значень, обнуляється лічильник імпульсів на основі Т-тригерів 17 та 18 з допомогою логічного сигналу високого рівня схеми співпадіння 16, після чого відбувається наступний цикл роботи пристрою. У випадку, коли величина залишкової напруги ΔU є настільки малою, що не спрацьовує жоден з компараторів 2 і 3 - вона поступає на вхід операційного підсилювача 6 зі сталим коефіцієнтом підсилення, з допомогою схем співпадіння 4 та 5 приводиться в дію інтегратор 7, і спрацьовує один з компараторів 8 або 9. З допомогою схем співпадіння 10, 11 та 12 запускається механізм, відповідно, збільшення або 2 UA 73621 U 5 зменшення величини керованого опору R3 в області малих значень, обнуляється лічильник імпульсів на основі Т-тригерів 17 та 18 з допомогою логічного сигналу високого рівня схеми співпадіння 16, і відбувається наступний цикл роботи пристрою, аж до тих пір, коли протягом двох послідовних циклів не відбудеться жодних змін керованого опору R3, що фіксується лічильником імпульсів на Т-тригерах 17 та 18, або буде досягнуто мінімально чи максимально можливе значення величини керованого опору R3 в магазині опорів з електронним потактовим управлінням 15, що фіксується схемою співпадіння 19. В цьому випадку на вхід схеми управління 20 поступає сигнал зупинки процесу автоматичного зрівноваження мостової схеми і відбувається обчислення величини вимірюваного опору Rx. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 Пристрій для вимірювання електричного опору, що містить чотириплечий міст та з'єднане з його входами джерело живлення, який відрізняється тим, що додатково містить операційний підсилювач, інтегратор, чотири компаратори, дев'ять схем співпадіння, магазин опорів з електронним потактовим управлінням, два тригера та схему управління, причому перший вхід операційного підсилювача з'єднаний з першими входами відповідно першого та другого компараторів та першим виходом чотириплечого моста, а другий вхід операційного підсилювача з'єднаний з другими входами відповідно першого та другого компараторів та другим виходом чотириплечого моста, а вихід операційного підсилювача з'єднаний з першим входом інтегратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другої схеми співпадіння, перший вхід якої з'єднаний з виходом першої схеми співпадіння, а другий вхід - з другим виходом схеми управління, вхід якої з'єднаний з виходом дев'ятої схеми співпадіння, другий вхід якої з'єднаний з виходом другого тригера, а перший вихід схеми управління з'єднаний з першим входом першого тригера та першими входами відповідно третьої, четвертої, шостої та сьомої схем співпадіння, а другі входи третьої та четвертої схем співпадіння з'єднані з виходами відповідно четвертого та третього компараторів, входи яких з'єднані з виходом інтегратора, а треті входи третьої та четвертої схем співпадіння з'єднані з виходом п'ятої схеми співпадіння, перший вхід якої з'єднаний одночасно з другим входом шостої схеми співпадіння, виходом другого компаратора та першим входом першої схеми співпадіння, а другий вхід п'ятої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з другим входом сьомої схеми співпадіння, виходом першого компаратора та другим входом першої схеми співпадіння, а вихід третьої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з четвертим входом восьмої схеми співпадіння та першим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням, а вихід четвертої схеми співпадіння одночасно з'єднаний з третім входом восьмої схеми співпадіння та другим входом магазину опорів з електронним потактовим управлінням, третій вхід якого з'єднаний одночасно з виходом шостої схеми співпадіння та другим входом восьмої схеми співпадіння, а четвертий вхід магазину опорів з електронним потактовим управлінням одночасно з'єднаний з виходом сьомої схеми співпадіння та першим входом восьмої схеми співпадіння, вихід якої з'єднаний з другими входами першого та другого тригерів, а перший вихід магазину опорів з електронним потактовим управлінням з'єднаний з першим входом дев'ятої схеми співпадіння, а другий та третій виходи магазину опорів з електронним потактовим управлінням з'єднані відповідно з четвертим та третім виходами чотириплечого моста. 3 UA 73621 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4