Пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору

Реферат: Пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору містить вимірюваний електричний опір R X, ряд резисторів R1-Rn та ряд перемикачів k1-kn, де n - кількість піддіапазонів вимірюваної величини електричного опору, причому перші входи резисторів R1-Rn з'єднані між собою, а другі входи - із входами відповідних перемикачів k1-kn. Він додатково містить еталонні електричні опори Rc1 та Rc2, диференційний підсилювач, схему виділення модуля напруги, аналоговий демультиплексор ADMX, n пікових детекторів, схему визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника та блок управління, причому перші входи резисторів R1-Rn з'єднані із першим входом еталонного електричного опору Rc1, а другі входи перемикачів k 1-kn з'єднані із відповідними виходами блока управління, а треті входи перемикачів k 1-kn з'єднані між собою, із першим входом вимірюваного електричного опору RX та із другим входом диференційного підсилювача, перший вхід якого з'єднаний одночасно із другим входом еталонного електричного опору R c1 та із першим входом еталонного електричного опору Rc2, другий вхід якого з'єднаний із другим входом вимірюваного електричного опору RX, а вихід диференційного підсилювача з'єднаний із входом схеми виділення модуля напруги, вихід якої з'єднаний із входом аналогового демультиплексора ADMX, виходи якого з'єднані із першими входами відповідних пікових детекторів, другі входи яких з'єднані між собою та із відповідним виходом блока управління, а виходи пікових детекторів з'єднані з відповідними входами схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника. UA 78173 U (12) UA 78173 U UA 78173 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 вольтомметр на ОУ (операционном усилителе), який містить ряд еталонних опорів з номінальними значеннями від 1КОм до 10МОм, відповідно, для вимірювання електричного опору та ряд опорів для вимірювання напруги, операційний підсилювач, а також ряд додаткових перемикачів, діодів, конденсаторів, резисторів і трансформатор. [М. Дорофеев. Вольтомметр на ОУ. Ж. "Радио", № 12, 1983, с. 30] В даному вольтомметрі на ОУ відсутній механізм автоматичного вибору границь вимірюваної величини, крім цього вимірювання величини електричного опору, зокрема, відбувається без попереднього визначення діапазону її границь. Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, що заявляється, є автоматичний вимірювач імітансу [Вимірювачі CLR з перетворенням "імітанс-напруга": монографія / Є.В. Походило, В.В. Хома; МОН України, Нац. ун-т "Львів, політехніка". - Л.: Вид-во Львів, політехніки, 2011. - с. 227, рис. 5.11], що містить вимірюваний електричний опір Yx, ряд резисторів R01-R0n для перемикання піддіапазонів (де n - кількість піддіапазонів) та ряд перемикачів S2, а також джерело тестового сигналу ДТС, два перемикачі S1, операційний підсилювач в масштабному режимі, пристрій керування ПК, схему перетворення "вектор-скаляр" ВС, аналого-цифровий перетворювач АЦП, ключ Кл, фазочутливий компаратор КФ та амплітудний компаратор КА, причому вихід ДТС з'єднаний одночасно із першим входом першого перемикача S1, першим входом КФ, четвертим входом другого перемикача S1 та другим входом КА, перший вхід якого з'єднаний одночасно з другим входом КФ, виходом операційного підсилювача в масштабному режимі та другим входом другого перемикача S1, перший вхід якого з'єднаний із виходом першого перемикача S2, перший вхід якого з'єднаний із першим виходом ПК, другий вхід - із другим входом резистора R01, а третій вхід - із виходом наступного перемикача S2 (третій вхід кожного перемикача S2 з'єднаний із виходом наступного перемикача S2, тобто третій вхід першого перемикача S2 з'єднаний із виходом другого перемикача S2, третій вхід якого, в свою чергу, з'єднаний із виходом третього перемикача S2, і т.д., а третій вхід (n-1)-ого перемикача S2 з'єднаний із виходом n-ого перемикача S2), а перший вхід n-ого перемикача з'єднаний із n-им виходом ПК, а другий вхід - із другим входом резистора R0n (в загальному випадку другий вхід іого перемикача S2 з'єднаний із другим входом відповідного і-ого резистора R0i), перший вхід якого з'єднаний одночасно із першими входами усіх попередніх резисторів Rn-1-R01, із входом операційного підсилювача в масштабному режимі та із другим входом вимірюваного електричного опору Yx, перший вхід якого з'єднаний із четвертим входом першого перемикача S1, третій вхід якого з'єднаний одночасно із третім входом другого перемикача S1 та із виходом КФ, а другий вхід - із входом ВС, вихід якої з'єднаний із входом АЦП, вихід якого з'єднаний із першим входом ключа Кл, другий вхід якого з'єднаний із виходом КА, а вихід ключа Кл з'єднаний із входом ПК. Однак, оскільки автоматичний вимірювач імітансу призначений для вимірювання не лише електричного опору, а імітансу загалом, це значно ускладнює його структуру, що не припустимо для вимірювачів з підвищеними вимогами щодо портативності, побудованих зокрема з використанням технологій виготовлення мікроелектромеханічних систем (МЕМС). В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору, нове схемотехнічне виконання якого забезпечило б автоматичне визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору з високою точністю, а сам пристрій відзначався б простотою, функціональністю та надійністю з метою інтегрування пристрою з технологіями виготовлення МЕМС. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору, який містить вимірюваний електричний опір RX, ряд резисторів R1-Rn та ряд перемикачів k1-kn, де n - кількість піддіапазонів вимірюваної величини електричного опору, причому перші входи резисторів R 1-Rn з'єднані між собою, а другі входи - із входами відповідних перемикачів k 1-kn, згідно корисної моделі, додатково введено еталонні електричні опори Rc1 та Rc2, диференційний підсилювач, схему виділення модуля напруги, аналоговий демультиплексор ADMX, n пікових детекторів (перший піковий детектор, другий піковий детектор, третій піковий детектор, …, n-ий піковий детектор), схему визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника та блок управління, причому перші входи резисторів R1-Rn з'єднані із першим входом еталонного електричного опору Rc1, а другі входи перемикачів k 1-kn з'єднані із відповідними виходами блока управління (вхід перемикача k1 - із першим виходом блока управління, вхід перемикача k 2 - із другим виходом блока управління, вхід перемикача k 3 - із третім виходом блока управління, …, вхід 1 UA 78173 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перемикача kn - із n-им виходом блока управління), а треті входи перемикачів k 1-kn з'єднані між собою, із першим входом вимірюваного електричного опору RX та із другим входом диференційного підсилювача, перший вхід якого з'єднаний одночасно із другим входом еталонного електричного опору Rc1 та із першим входом еталонного електричного опору Rc2, другий вхід якого з'єднаний із другим входом вимірюваного електричного опору R X, а вихід диференційного підсилювача з'єднаний із входом схеми виділення модуля напруги, вихід якої з'єднаний із входом аналогового демультиплексора ADMX, виходи якого з'єднані із першими входами відповідних пікових детекторів (перший вихід - із першим піковим детектором, другий вихід - із другим піковим детектором, третій вихід - із третім піковим детектором, n-ий вихід - із n-им піковим детектором), другі входи яких з'єднані між собою та із (n+1)-им виходом блока управління, а виходи пікових детекторів з'єднані з відповідними входами схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника (вихід першого пікового детектора - із першим входом схеми, вихід другого пікового детектора - із другим входом схеми, вихід третього пікового детектора - із третім входом схеми, …, вихід n-ого пікового детектора - із n-им входом схеми). Використання в схемі пристрою для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору еталонних опорів Rc1 і Rc2 в сукупності з диференційним підсилювачем, схемою виділення модуля напруги, аналоговим демультиплексором, схемами пікових детекторів, блоком управління та схемою визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника дало змогу автоматично визначати діапазон значень величини вимірюваного електричного опору з високою точністю, і при цьому забезпечує простоту, функціональність та надійність пристрою, що дає можливість його інтегрування з технологіями виготовлення МЕМС. На кресленні показана схема пристрою для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору. Пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору, який містить вимірюваний електричний опір R X 9, ряд резисторів R1-Rn 1, 2, 3 і 4, та ряд перемикачів k 1-kn 5, 6, 7 і 8, де n - кількість піддіапазонів вимірюваної величини електричного опору, причому перші входи резисторів R1-Rn 1, 2, 3 та 4 з'єднані між собою, а другі входи - із входами відповідних перемикачів k 1-kn 5, 6, 7 і 8, додатково містить еталонні електричні опори Rc1 10 та Rc2 11, диференційний підсилювач 12, схему виділення модуля напруги 13, аналоговий демультиплексор ADMX 14, n пікових детекторів 15, 16, 17 та 18 (перший піковий детектор 15, другий піковий детектор 16, третій піковий детектор 17,…, n-ий піковий детектор 18), блок управління 19 та схему визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20, причому перші входи резисторів R 1-Rn 1, 2, 3 та 4 з'єднані із першим входом еталонного електричного опору Rc1 10, а другі входи перемикачів k 1-kn 5, 6, 7 та 8 з'єднані із відповідними виходами блока управління 19 (вхід перемикача k 1 5 - із першим виходом блока управління 19, вхід перемикача k 2 6 - із другим виходом блока управління 19, вхід перемикача k3 7 - із третім виходом блока управління 19,…, вхід перемикача k 1 8 - із n-им виходом блока управління 19), а треті входи перемикачів k 1-kn 5, 6, 7 та 8 з'єднані між собою, із першим входом вимірюваного електричного опору R X 9 та із другим входом диференційного підсилювача, 12 перший вхід якого з'єднаний одночасно із другим входом еталонного електричного опору Rc1 10 та із першим входом еталонного електричного опору R c2 11, другий вхід якого з'єднаний із другим входом вимірюваного електричного опору R X 9, а вихід диференційного підсилювача 12 з'єднаний із входом схеми виділення модуля напруги 13, вихід якої з'єднаний із входом аналогового демультиплексора ADMX 14, виходи якого з'єднані із першими входами відповідних пікових детекторів 15, 16, 17 та 18 (перший вихід - із першим піковим детектором 15, другий вихід - із другим піковим детектором 16, третій вихід - із третім піковим детектором 17,…, n-ий вихід - із n-им піковим детектором 18), другі входи яких з'єднані між собою та із (n+1)-им виходом блока управління 19, а виходи пікових детекторів 15, 16, 17 та 18 з'єднані з відповідними входами схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20 (вихід першого пікового детектора 15 - із першим входом схеми 20, вихід другого пікового детектора 16 - із другим входом схеми 20, вихід третього пікового детектора 17 - із третім входом схеми 20,…, вихід n-ого пікового детектора 18 - із n-им входом схеми 20). Пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору працює наступним чином. Для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору RX 9 використовується ряд резисторів R1-Rn 1, 2, 3 та 4 з номінальними значеннями, що відповідають певним піддіапазонам величини електричного опору (наприклад R 1=0,01 Ом, R2=0,1 Ом, R3=1 Ом, …, Rn=1000 Ом), а також еталонні електричні опори R c1 10 та Rc2 11, 2 UA 78173 U 5 10 15 20 25 30 35 причому Rc1=Rc2. В результаті почергового замикання кожного з перемикачів k1-kn 5, 6, 7 і 8 для кожного піддіапазону значень величини електричного опору знімається залишкова напруга U d (Ud1 для резистора R1 Ud2 для резистора R2, Ud3 для резистора R3,…, Udn для резистора Rn), котра поступає на вхід диференційного підсилювача 12, а потім одразу ж на схему виділення модуля напруги 13 для отримання її абсолютного значення. Після цього абсолютне значення залишкової напруги |Ud| поступає на вхід аналогового демультиплексора ADMX 14. Таким чином, в результаті почергового замикання усіх n перемикачів k1-kn 5, 6, 7 і 8 схеми на вхід аналогового демультиплексора ADMX 14 поступить n залишкових напруг |U d1|-|Udn|, що відповідають кожному піддіапазону величини електричного опору. На виходах аналогового демультиплексора ADMX 14 матимемо короткі імпульси з амплітудами, рівними величині однієї із залишкових напруг |Ud1|-|Udn| (на першому виході - з амплітудою, рівною |Ud1|; на другому - з амплітудою, рівною |Ud2|; на третьому - з амплітудою, рівною |Ud3|; …; на n-ому - з амплітудою, рівною, відповідно, |Udn|). Далі кожен із цих імпульсів подається на вхід індивідуального пікового детектора 15, 16, 17 та 18 (|U d1| поступає на вхід схеми першого пікового детектора 15, |U d2| - на вхід схеми другого пікового детектора 16, |Ud3| - на вхід третього пікового детектора 17,…, |Udn| відповідно, на вхід n-ого пікового детектора 18). На виході пікових детекторів 15, 16, 17 та 18 матимемо постійні імпульси з амплітудами |Ud1|, |Ud2|, |Ud3|, і т.д., |Udn|, котрі подамо на відповідні входи схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20 (імпульс з амплітудою |Ud1| із виходу першого пікового детектора 15 поступає на перший вхід схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20, імпульс з амплітудою |Ud2| із виходу другого пікового детектора 16 поступає на другий вхід схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20, імпульс з амплітудою |U d3| із виходу третього пікового детектора 17 поступає на третій вхід схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20,…, імпульс з амплітудою |U dn| із виходу n-ого пікового детектора 18 поступає, відповідно, на n-ий вхід схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20). В результаті на деякому j-ому виході схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника 20 матимемо сигнал високого рівня, що відповідатиме мінімальній напрузі |Udj|. Таким чином, визначивши найменшу за абсолютним значенням залишкову напругу Udj, можемо зробити висновок про те, що з відомих резисторів R1Rn саме резистор Rj є найбільш близьким по величині до вимірюваного електричного опору R X 9, або, іншими словами, діапазон значення величини вимірюваного електричного опору R X 9 знаходиться в околі величини відомого електричного опору - резистора Rj. Основне призначення блока управління 19 полягає у синхронізації роботи всього пристрою, зокрема блок управління 19 відповідає за почергове замикання усіх n перемикачів k 1-kn 5, 6, 7 та 8, а також за синхронізацію роботи пікових детекторів 15, 16, 17 та 18. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Пристрій для автоматичного визначення діапазону значень величини вимірюваного електричного опору, що містить вимірюваний електричний опір R X, ряд резисторів R1-Rn та ряд перемикачів k1-kn, де n - кількість піддіапазонів вимірюваної величини електричного опору, причому перші входи резисторів R1-Rn з'єднані між собою, а другі входи - із входами відповідних перемикачів k1-kn, який відрізняється тим, що він додатково містить еталонні електричні опори Rc1 та Rc2, диференційний підсилювач, схему виділення модуля напруги, аналоговий демультиплексор ADMX, n пікових детекторів, схему визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника та блок управління, причому перші входи резисторів R 1-Rn з'єднані із першим входом еталонного електричного опору Rc1, а другі входи перемикачів k 1-kn з'єднані із відповідними виходами блока управління, а треті входи перемикачів k 1-kn з'єднані між собою, із першим входом вимірюваного електричного опору RX та із другим входом диференційного підсилювача, перший вхід якого з'єднаний одночасно із другим входом еталонного електричного опору Rc1 та із першим входом еталонного електричного опору Rc2, другий вхід якого з'єднаний із другим входом вимірюваного електричного опору R X, а вихід диференційного підсилювача з'єднаний із входом схеми виділення модуля напруги, вихід якої з'єднаний із входом аналогового демультиплексора ADMX, виходи якого з'єднані із першими входами відповідних пікових детекторів, другі входи яких з'єднані між собою та із відповідним виходом блока управління, а виходи пікових детекторів з'єднані з відповідними входами схеми визначення мінімальної напруги з визначенням номера провідника. 3 UA 78173 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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