Способ измерения электрических сопротивлений резисторов мостом постоянного тока

 

Изобретение относится к особо точным электрическим измерениям на постоянном токе и предназначено для использования в приборостроении, а также в органах государственной и ведомственной поверочной службы. Цель изобретения - повышение точности измерений и производительности труда при определении стабильности сопротивлений за счет исключения влияния температуры окружающей среды и самонагрева прецизионных резисторов проходящим через них током - достигается тем, что полученные расчетным путем значения плеч моста, необходимые для измерения какого-либо сопротивления, уменьшают не менее, чем в десять раз. Полученные уменьшенные значения плеч выставляют на мосте. Затем восстанавливают сопротивления плеч до расчетных значений с помощью внешних блоков, построенных в основном из однозначных мер электрического сопротивления или их комбинаций, конструктивно предназначенных для эксплуатации в масляной среде. После этого указанные внешние блоки погружают в масляный термостат. При этом достигается такая же точность, как если бы все плечи моста находились в масляном термостате. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Si)5 и к п в

ГосудАРстВечный Комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 431 Я 08/24-21 (22) 08.10.87 (46) 30.01 90. Бюл. И 4 (72) С.И. Кальф-Калиф, И.С. Лизогуб, И.В. Иванов, Е,A. Гарин и В.А. Засла вский (53) 621.317.733 (088.8) (56) Любимов Л,И., Форсилова И.Д.

Поверка средств электрических измерений. Л.: Энергия, 1979, с. 116, 117.

Установка типа УИИС-2: Описание и руководство по эксплуатации, с, 25-28., (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СОПРОТИВЛЕНИИ РЕЗИСТОРОВ МОСТОМ ПОСТОЯННО1 О ТОКА (57) Изобретение относится к особо точным электрическим измерениям на постоянном токе и предназначено для использования в приборостроении, а также в органах государственной и ведомственной поверочной службы. Цель изобретения — повышение точности измерений и производительности труда при

Изобретение относится к особо точным электрическим измерениям на постоянном токе и предназначено для использования в приборостроительной про" мышленности, а такие в органах государственной и ведомственной повероч" ной служоы.

Цель изобретения - повышение точности измерений при определении стабильности согротивлений за счет исключения влияния температуры окружаю" щей среды и самонагрева прецизионных резисторов проходящим через них то« ком.

„„SU„„1539667 А 1

2 определении стабильности сопротивлений за счет исключения влияния температуры окружаюцей среды и самонагрева прецизионных резисторов проходящим через них током - достиГается тем, что полученные расчетным путем значения плеч моста, необходимые для измерения какого-либо сопротивления, уменьшают не менее чем в десять раз.

Полученные уменьшенные значения плеч выставляют на мосте. Затем восстанавливают сопротивления плеч до расчетных значений с помощью внешних блоков, построенных в основном из однозначных мер электрического сопротивления или их комбинаций, конструктивно п1 едназначенных для эксплуатации в масляной среде, После этого указанные внешние блоки погружают в масляный термостат. При этом достигается такая же точность, как если бы все плечи моста находились в масляном термостате. 2 ил.

На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные схемы реализации способа.

На фиг. 1 приведена упрощенная схе- ма одинарно-двойного моста, включенно- С5 го в схему двойного моста. Схема со- 3 держит одно из основных плеч 1, являющееся отсчетным, смежное с ним другое основное плечо 2, дополнительное 3 плечо 3, являющееся также отсчетным, Ъ. отсчетные декады которого механически спарены с отсчетными декадами основного плеча 1, другое дополнительное пле" чо 4, смежное с отсчетным дополнительным, четырех зажимное измеряемое сопз 1539667 4 ротивление 5, потенциальными выводами

6 подключенное к отсчетным основному и дополнительному плечам, блок 7 четырехзажимной тарной меры, потенциальные выводы 8 которой соединены с другим основным и .дополнительным плечами, блок 9 нуль-индикатора, подключенный посредством зажимов 10 и 11 к вершинам основных и дополнительных плеч, блок

12 питания с переключателем полярности, нагрузочным магазином и прибором для контроля величины тока, зажим 13, соединенный с одним из потенциальных выводов измеряемого сопротивления, пе1 ремычка 14, соединяющая один из потенциальных выводов блока тарной меры с одним иэ дополнительных плеч.

На фиг. 2 показана полная принципиальная.схема одинарно-двойного мос- 20 та, необходимая для практического осуц|ествления способа применительно к одному из конкретных примеров его реали-. зации - измерению сопротивления в

540 Ом в схеме двойного моста. Схема содержит внешний блок 1, подключенный снаружи одним из выводов последовательно к отсчетному основному плечу 1 с помощью зажима 16, находящегося на наружной панели моста, внешний блок

17, подключаемый к другому основному плечу 2 последовательно с ним посредством зажима 18, находящегося на наружной панели моста, внешний блок 19, подключаемый снаружи к отсчетному дополнительному плечу 3 посредством зажима 20, находящегося на наружной панели моста, внешний блок 21, подключаемый одним из выводов к другому дополнительному плечу 4 последовательно с ним посредством зажима 22, находяще" гося также на наружной панели моста, зажим 23, подключаемый к другому выводу внешнего блока, соединенного одним из выводов с основным отсчетным плечом, образцовую меру 24, изображенную в виде четырехэажимного резистора, добавочное плечо 25, соединенное посредством перемычки и зажима 26 с зажимом внешнего блока, соединенного

50 с основным отсчетным плечом,.добавочные плечи 27 и 28, подключаемые попеременно посредством зажимов и перемычки 29 к внешним токовым зажимам 30 и 31 измеряемого сопротивления или об55 разцовой меры, общая вершина добавочных плеч соединена с одним нз выводов блока питания, другой вывод которого соединен с внешним токовым выводом

32 блока тарной меры, внешнюю перемычку 33, соединяющую внутренние токовые зажимы 34 и 35 или 36 блока тарной меры и измеряемого сопротивления или образцовой меры, узел 37, соединяющий цепь одного из добавочных плеч с цепью внешнего блока, соединенного с основным отсчетным плечом, узлы 38 и 39, соединяющие потенциальные и токовые выводы измеряемого сопротивления и образцовой меры соответственно, резистор 40 невысокой точности, например около 100 Ом, включенный между узловой точкой, соединенной с внешним блоком основного отсчетного плеча и узловой точкой, соединен-. ной с потенциальными и токовыми выводами измеряемого сопротивления или образцовой меры, перемычку 41, закорачивающую этот резистор, мост 42 установки, На фиг. 2 штриховкой отмечены меры, погруженные в термостат.

Способ характеризуется следующими операциями.

Весь диапазон измеряемых сопротивлений, например от 10 до 10 Ом, разделяют на поддиапазоны, например 10100, 100-500, 500-700 Ом и т.д. в зависимости от конкретной измерительной задачи. В дальнейшем границы между поддиапаэонами могут уточняться °

Далее подбирают ориентировочные сопротивления плеч моста, соответствующие расчетным значениям подлежащих измерению сопротивлений в пределах какого-либо поддиапазона с учетом наибольших нагрузок на измеряемое сопротивление 5, например в пределах 500700 Ом, с нагрузкой до 1 Вт. При этом избегают схем со значительной асимметрией плеч, т.к. схемы должны обладать достаточной чувствительностью также и при измерении образцовой меры 24, находящейся под меньшей нагрузкой, чем измеряемое сопротивление 5, Кроме того, номинальное сопротивление отсчетного плеча 1 (фиг. 1) для удобства снятия относительного отсчета, которому отдают предпочтение перед отсчетом абсолютным, должно иметь простые значения вида 1000, 2000, 5000 и т.п.

Операции согласно способу показаны на примере поддиапазона 500-700 Ом, являющегося достаточно типичным. При подборе ориентировочных величин плеч, исходят из схемы, показанной на фиг.1, включенной как одинарный или двойной

5 1539 иост, что при предварительном подборе ,плеч не имеет значения. В качестве плеча 1 ориентировочно выбирают сопротивление 2000 Ом, в качестве блока 7 тарной меры — сопротивление порядка

50 Ом, в качестве плеча 2 - сопротивления примерно в пределах 200-140 Ом.

Наибольшая нагрузка на блок 7 тарной меры приходится -в начале поддиапазона - при 500 Ом. Поэтому ее строят из двух мер Р33 1 по 100 Ом, соединенных параллельно. Тогда нагрузка на каждую из них не превысит 0,05 Вт, что допустимо. На плечо 1 приходится нагрузка примерно 0,25-0,3 Вт ° Поэтому для перераспределения нагрузок это плечо строят из комбинации, показанной на фиг. 2 (внешний блок 15), которая имеет номинальное сопротивление 20

1900 Ом, чтобы в сумме с отсчетным i плечом 1 составить 2000 Ом. В этом случае во всем поддиапазоне 500

700 Ом нагрузка на меры внешнего блока 15 не превышает 0,05 Вт. Тогда наг-25 рузка на плечо 2 (фиг. 1-и 2) не превысит 0,03 Вт. После этого выбирают схему моста. Она определяется сопротивлениями выводов измеряемых сопротивлений.Если ими можно пренебречь, ЗО что определяется не только их величиной, но и сопротивлениями подобранных плеч, а также характером решаемой задачи, то выбирают схему одинарного моста ° В качестве конкретного примера в поддиапазоне 500-700 Ом показана

35 для измерения 540 Ом при нагрузке

1,0 Вт схема двойного моста. Поэтому плечи 1 и 2 (фиг. 1) становятся основными плечами двойного моста. Однако 40 вместо расчетных 2000 GM на плече 1 (фиг. 2) выставляют 100 Ом, а расчет-... ное значение восстанавливают с помощью внешнего блока 15, подключаемого к основному отсчетному плечу снаружи с 45 помощью зажима 16, находящегося на наружной панели моста. Реализация способа показывается на базе использова" ния моста типа МИС, входящего в состав установки УМИС, укомплектованной масляным термостатом с автоматическим поддержанием заданной температуры.

Расчетное сопротивление основного weча 2 (фиг. 1) 185, 18 Ом. Его сопротивление уменьшают до нескольких Ом, а до расчетного значения доьодят с помощью внешнего блока 17. состоящего из двух мер Р33 1 по 100 Ом, соединенных последовательно и эашунтирован667 6 ных 2000 Ом, например магазином типа

Р3026-1 кл. 0,002. Сопротивление внешнего блока 17 равно 181,82 Ом. Поэтому на плече 2 выставляют всего

3,36 Ом. Сопротивления дополнительных плеч 3 и 4 (фиг. 1 и 2) уравнивают до сопротивлений основных плеч с помощью внешних блоков 19 и 21, подключаемых последовательно с дополнительными плечами 3 и 4 посредством зажимов 20 и

22, находящихся на наружной панели моста 42 а том случае если на дополнительных плечах 3 и 4 недостает сопротивлений. Внешние блоки 19 и 21 представляют собой а общем случае магазины сопротивления, например, кл.

0,02. В данном примере на дополнительном плече 3 выставляют 1000 Ом, на внешнем блоке 19 — тоже 1000 ОМ, на дополнительном плече 4 — !85,18 Ом, а на внешнем блоке 21 - 0 Ом.

Затеи внешние блоки 15 и 17, блок

7 тарной меры, образцовую меру 24 погружают в термостат. Если сопротивления выводов столь значительны, что простое применение двойного моста недостаточно для исключения их влияния, то следует применить так называемое раздельное уравновешивание плеч моста, для реализации которого мосты МИС имеют необходимые схемные и конструктивные решения, позволяющие с предельно высокой точностью исключить эти влияния. Вводят три добавочных плеча

25,27,28. Добавочные плечи 25 и 27 подключают с помощью зажимов и перемычек 26,23 и 29,30 к узлам 37 и 38 при подключении измеряемого сопротивления 5 в мост, а добавочные плечи

25 и 28 - с помощью зажимов и перемычек 26,23 и 29,31 к узлам 37 и 39 при подключении в мост образцовой меры 24.

Расчетная величина отношения добавочного плеча 25 к сопротивлению добавочного плеча 27 или 28 равна отношению смежных с ними основного плеча и образцовой меры 24.

После описанных приемов по подготовке измерительной схемы подключают к мосту измеряемое сопротивление 5 и дают на него полную нагрузку 1,0 Вт.

Уравновешивают мост с помощью спаренных отсчетных основного,и дополнительного плеч 1 и 3 и фиксируют отсчет.

Затем отключают от одного из зажимов перемычку 41 и вводят в цепь, находящуюся между узлами 37 и 38, резистор

40 с сопротивлением порядка 100 Ом..

7 1539667 8

Добиваются, подбирая сопротивление дополнительного плеча 27, чтобы отсчет при включенном сопротивлении 40 отличался бы от предыдущего отсчета, когда резистор 40 закорочен, например, не более чем на 0,00!i. Затем вновь перемычкой 41 закорачивают резистор

40. Далее разрывают цепь перемычки

33 и с помощью имеющихся в цепях дополнительных плеч 3 и 4 низкоомных подстроечных магазинов вновь уравновешивают схему. После этого восстанавливают цепь перемычки 33, уравновешивают мост и получают отсчет, окончательный при включении в мост измеряемого сопротивления 5.

В качестве добавочных плеч 27 и

28 можно применять магазинь1 кл. 0,02)0,О5, в качестве плеча 25 - также ма- 20 газин или однозначную меру сопротивления. При выборе номинальных сопротивлений добавочных плеч учитывают, что следует избежать перегрузки плеча 27 при нагрузке измеряемого соп- 25 ротивления ." до 1,0 Вт. Поэтому номинальное сопротивление его выбирают обычно меньшим, чем измеряемое сопротивление, с учетом допустимой на его секции нагрузки. По этой же причине g0 добавочное плечо 27 может быть построено из смешанного соединения однозначных мер или из комбинации таких мер с магазином сопротивления.

Ф

Далее сопротивление 5 и добавочное 35 плечо 27 отключают и взамен их включают добавочное плечо 28 и образцовую меру 24, но подав на нее существенно меньшую нагрузку, чем 1,0 Вт, например 0,05-0,1 Вт, не превышающую допус р0 тимую величину. Повторяют те же операции, что и при подключении в мост измеряемого сопротивления 5. За расчетную величину принимают разность между окончательными отсчетами при измере- 45 нии на мосте образцовой меры 24 и сопротивления или изменение таких разностеи в течение определенных интервалов времени.

Если сопротивлениями выводов можно пренебречь, то измерения следует проводить в схеме одинарного моста. Для перехода к нему отключают перемычку

14 от вывода 8, один из выводов блока нуль-индикатора 9 отключают от зажима

11 и переключают к зажиму 13, добавочное плечо 2 отключают от зажима 23, сняв с него перемычку 26, и оставляют подключенным к мосту одно из добавочных плеч 27 или 28, которое превращается в добавочное сопротивление в цепи блока питания 12. В схеме одинарного моста блок 7 тарной меры является третьим, при этом полностью внешним плечом, подключаемым к мосту снаружи °

Для уменьшения влияния токов утечки в конце диапазона, например при измерении 100 000 Ом, при построении внеиних блоков отдают предпочтение такому их варианту из числа возможных, сообразуясь одновременно со вместимостью термостата, в котором составляющие их меры имеют меньшие сопротивления. Например, если номинальное сопротивление внешнего блока 1 равно

50 000 Ом, то предпочтительнее построить его из пяти последовательно соединенных мер по 10 000 Ом, чем из двух параллельно включенных мер по

100 ООО Ом.

При измерении любых других сопротивлений в пределах данного поддиапазона схемы внешнего .блока 1 и блока

7 тарной меры оставляют неизменными, а суммарное сопротивление основного плеча 2 и внешнего блока 17 изменяют от 200 до 140 Ом. Во внешнем блоке

l7 должно быть сосредоточено не менее чем 90:; суммарного сопрбтивления его и основного плеча 2. Зтого достигают путем построения внешнего блока

17 из последовательно соединенной меры P 33 1 в 100 Ом и однодекадного магазина 10хlО Ом, погруженных в термостат. Этот магазин должен иметь металлический маслонепроницаемый корпус и зажимы или штепсельные коммутаторы для подключения его катушек по нарастающим ступеням. Сопротивления, равные единицам Ом, десятым и сотым долям Ом выставляют на основном плече

2 собственно моста 42.

Существенным фактором повышения точности измерений, присущим данному способу, является снижение температурных погрешностей, приводящее одновременно к повышению производительности труда при измерении сопротивлений серий резисторов. Действительно, не менее 901 номинальных сопротивлений основных плеч погружается в термостат, в котором температурный режим поддерживается со стабильностью на порядок выше, чем в окружающем воздушном про" странстве, также подлежащем термостатированию. Повышение стабильности результатов измерений, приводящее к по9 1539

1 вышению точности измерений, позволяет отказаться от практиковавшихся ранее многократных измерений сопротивлений каждого резистора способом замещения: с последующим усреднением результата измерений, стремясь таким образом повысить точность измерений. Наблюдавшееся повторение результатов измерений на уровне точности, недостижимой ранее в течение нескольких часов, позволяет ограничиться единичным измерением, что существенно сокращает время каждого цикла измерений. Измерение сопротивления образцовой меры в по- 15 рядке контроля можно выполнять на установке всего несколько раз в день.

Следует отметить, что изменение ре-. зультата измерений даже на 0,000013 во время, их выполнения позволяет су- 20 дить о смещении температуры в термо= стате из-за изменения режима термоста- тирования.

Наличие добавочных плеч в ряде случаев избавляет от необходимости произ.25 водит ь каждый раз подстроечные операции для исключения влияния сопротивления выводов и ограничиваться лишь традиционной йодстройкой дополнительных плеч 3 и 4 двойного моста, что являетЗ0

667 ся дополнительным фактором повышения производительности труда.

{Формула изобретения

1. -Способ измерения электрических сопротивлений резисторов мостом постоянного тока, заключающийся в том, что рассчитывают сопротивления элементов плеч моста, уравновешивают мост, определяют результат измерения по показаниям отсчетных декад регулируемого плеча моста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, устанавливают предварительно значения сопротивлений элементов плеч моста в десять раз меньше по сравнению с расчетными значениями, затем подбирают сопротивления плеч моста до расчетных значений с помощью однозначных мер электрического сопротивления, которые помещают в термостат.

2. Способ. по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения сопротивления выводов измеряемых резисторов, преобразуют схему моста постоянного тока в восьмиплечий мост.

Фиг.1

1539667

Составитель В. Семенчук

Техред И.Ходанич Корректор С. Шекмар

Редактор М, Цит кина

Заказ 214 Тираж f44 Подписное

ВНЙЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/g

:Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101