Способ измерения падения напряжения с помощью четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях

Авторы патента:

G01R27/02 - для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или других производных от них характеристик, двухполюсника, например постоянной времени (для измерения только фазового угла G01R 25/00)

G01R19/00 - Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления (G01R 5/00 имеет преимущество; для измерения биоэлектрических токов или напряжений A61B 5/04)

Владельцы патента RU 2739518:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА») (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ автоматизированного измерения сопротивлений с помощью четырёхконтактного устройства. Сущность: через мультиплексор четыре проверяемые точки объекта контроля подключают к выводам «+» и «-» калибратора тока со встроенным вольтметром либо к калибратору тока и вольтметру. При помощи ключей мультиплексора проводят восемь коммутаций между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе. При этом подстраивают ток так, чтобы его значение по модулю было бы одинаково во всех коммутациях. Далее вычисляют среднее арифметическое значение падения напряжения на искомом резистивном сопротивлении по восьми взятым по модулю промежуточным значениям падения напряжения U₁, U_1обр, U₂, U_2обр, U₃, U_3обр, U₄, U_4обр

U_изм = [(U₄ + U₃ - U₂ - U₁) + (U_4обр + U_3обр - U_2обр - U_1обр)] / 4. Технический результат: возможность контролировать целостность всех образуемых электрических цепей и исключать из результата измерений падения напряжений на переходных и контактных сопротивлениях, на сопротивлениях линий связи и на ключах мультиплексора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля падения напряжения при применении четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях.

При автоматизированном контроле объектов, имеющих множество точек контроля, между которыми определяется падение напряжения, соизмеримые с падениями напряжения на ключах мультиплексора, на контактных сопротивлениях и линиях связи, в большинстве случаев проводятся прямые измерения и падениями напряжения на ключах мультиплексора, контактных сопротивлениях и линиях связи пренебрегают.

Известен способ автоматизированного измерения сопротивлений, в котором результат измерений достигается за счет определенной последовательности четырёх коммутаций и измерений промежуточных сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄ и расчета искомого значения сопротивления Rх = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁)/2. Патент РФ № 2655470, МПК G01R 27/02, G01R 31/02, 28.05.2018. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком способа является то, что он направлен на исключение значений сопротивлений ключей мультиплексора KH1, KL1, KHm, KLm и не исключает контактную разность потенциалов, возникающую между объектом контроля и контактными устройствами (контактное сопротивление между ними).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа, позволяющего автоматически измерять падение напряжения между заданными контрольными точками на заданном четырех контактном устройстве и исключать из результата измерений значения падения напряжения на ключах коммутатора, на переходных и контактных сопротивлениях и на линиях связи.

Техническим результатом является повышение точности измерения падения напряжения на заданном электрическом резистивном сопротивлении, путем исключения падений напряжения на контактных сопротивлениях, сопротивлениях ключей мультиплексора и сопротивлений линий связи.

Технический результат достигается тем, что через мультиплексор четыре проверяемые точки объекта контроля подключают к выводам «+» и «-» калибратора тока со встроенным вольтметром либо к калибратору тока и вольтметру, при помощи ключей мультиплексора проводят восемь коммутаций между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе предварительно подстроенном на калибраторе тока, до одинакового по модулю для всех коммутаций значения. Далее измеряют восемь промежуточных значений падения напряжения, полученных на промежуточных сопротивлениях, затем путём решения системы уравнений определяют среднее арифметическое значение падения напряжения.

На фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема расположения четырех контактного устройства при измерениях падения напряжения на заданном резистивном сопротивлении R₂₃.

Способ реализуется следующим образом.

Контакты 1, 2, 3 и 4 через мультиплексор подключаются к выводам калибратора тока со встроенным вольтметром либо к калибратору тока и вольтметру.

Методика измерения состоит из определенной последовательности восьми коммутаций с предварительной подстройки тока до одинакового по модулю во всех коммутациях значения, совместных измерений промежуточных значений падений напряжений, взятых по модулю U₁, U_1обр, U₂, U_2обр, U₃, U_3обр, U₄, U_4обр на промежуточных сопротивлениях R₁, R_1обр, R₂, R_2обр, R₃, R_3обр, R₄, R_4обр, образуемых соответственно между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4:

- измеряется значение падения напряжения U₁, взятого по модулю на сопротивлении R₁ = (R_1K + R_1к1 + R₁₂ + R_2K + R_2к2); при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 1 и 2 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U₁| ≤ U_доп1; (1)

- измеряется значение падения напряжения U_1обр, взятого по модулю на сопротивлении R_1обр = (R_1K + R_1к2 + R₂₁ + R_2K + R_2к1); при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 1 и 2 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U_1обр| ≤ U_{доп1обр}; (2)

- измеряется значение падения напряжения U₂, взятого по модулюна сопротивлении R₂ = (R_3K + R_3к1 + R₃₄ + R_4K + R_4к2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 3 и 4 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U₂| ≤ U_доп2; (3)

- измеряется значение падения напряжения U_2обр, взятого по модулюна сопротивлении R_2обр = (R_3K + R_3к2 + R₄₃ + R_4K + R_4к1), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 3 и 4 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U_2обр| ≤U_{доп2обр}; (4)

- измеряется значение падения напряжения U₃, взятого по модулюна сопротивлении

R₃ = (R_1K + R_1к1 + R₁₃ + R_3K + R_3к2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 1 и 3 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U₃| ≤ U_доп3; (5)

- измеряется значение падения напряжения U_3обр, взятого по модулюна сопротивлении R_3обр = (R_1K + R_1к2 + R₃₁+ R_3K + R_3к1), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 1 и 3 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U_3обр| ≤ U_{доп3обр}; (6)

- измеряется значение падения напряжения U₄, взятого по модулюна сопротивлении R₄ = (R_2K + R_2к1 + R₂₄+ R_4K + R_4к2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 2 и 4 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U₄| ≤ U_доп4; (7)

- измеряется значение падения напряжения U_4обр, взятого по модулюна сопротивлении R_4обр = (R_2K + R_2к2 + R₄₂+ R_4K + R_4к1), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между контактами 2 и 4 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения падения напряжения, взятого по модулю с критическим допуском

|U_4обр| ≤ U_{доп4обр};(8)

где:

R_1к1; R_1к2; R_2к1; R_2к2; R_3к1; R_3к2; R_4к1; R_4к2 - неизвестные значения сопротивлений линий связи и сопротивлений ключей мультиплексора, а U_1к1; U_1к2; U_2к1; U_2к2; U_3к1; U_3к2; U_4к1; U_4к2значения падений напряжения, взятые по модулю на них;

R_1K; R_2K; R_3K; R_4K - неизвестные значения контактных сопротивлений на контактах 1, 2, 3 и 4 четырёхконтактного устройства, значения падений напряжения U_1K; U_2K; U_3K; U_4K, взятые по модулю на соответствующих сопротивлениях.

Невыполнение неравенств (1)-(8) свидетельствует о нецелостности образованных цепей.

Искомое падение напряжений рассчитываются по значениям промежуточных измерений.

Рассчитывается неизвестное значение падения напряжения на эквивалентное сопротивление R по формуле:

R = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁) + (R_4обр + R_3обр - R_2обр - R_1обр). (9)

При этом число уравнений для данной совокупности измерений промежуточных значений сопротивлений меньше числа неизвестных сопротивлений R_1К, R_2К, R₁₂, R₁₃, R₂₄, R_3К, R_4К, R₃₄, R_1к1, R_1к2, R_2к1, R_2к2, R_3к1, R_3к2, R_21, R₃₁, R₄₂, R_4к1, R_4к2, R₄₃.

Решение (9):

R = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁) + (R_4обр + R_3обр - R_2обр - R_1обр) = ([R_2K + R_2к1 + R₂₄+ R_4K + R_4к2] + [R_2K + R_2к2 + R₄₂+ R_4K + R_4к1] + [R_1K + R_1к1 + R₁₃ + R_3K + R_3к2] +[R_1K + R_1к2 + R₃₁ + R_3K + R_3к1] - [R_3K + R_3к1 + R₃₄ + R_4K + R_4к2] - [R_3K + R_3к2 + R₄₃ + R_4K + R_4к1] - [R_1K + R_1к1 + R₁₂ + R_2K + R_2к2] - [R_1K + R_1к2 + R₂₁ + R_2K + R_2к1]).

Таким образом, то же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю, так же верно решение:

U = (U₄ + U₃ - U₂ - U₁) + (U_4обр + U_3обр - U_2обр - U_1обр) = ([U_2K + U_2к1 + U₂₄+ U_4K + U_4к2] + [U_2K + U_2к2 + U₄₂+ U_4K + U_4к1] + [U_1K + U_1к1 + U₁₃ + U_3K + U_3к2] +[U_1K + U_1к2 + U₃₁ + U_3K + U_3к1] - [U_3K + U_3к1 + U₃₄ + U_4K + U_4к2] - [U_3K + U_3к2 + U₄₃ + U_4K + U_4к1] - [U_1K + U_1к1 + U₁₂ + U_2K + U_2к2] - [U_1K + U_1к2 + U₂₁ + U_2K + U_2к1]) = (U_2K + U_2к1 + U₂₄ + U_4K + U_4к2 + U_2K + U_2к2 + U₄₂+ U_4K + U_4к1 + U_1K + U_1к1 + U₁₃ + U_3K + U_3к2 + U_1K + U_1к2 + U₃₁+ U_3K + U_3к1 - U_3K - U_3к1 - U₃₄ - U_4K - U_4к2 - U_3K - U_3к2 - U₄₃- U_4K - U_4к1 - U_1K - U_1к1 - U₁₂ - U_2K - U_2к2 - U_1K - U_1к2 - U₂₁ - U_2K - U_2к1).

Т.е.

U = U₂₄ + U₄₂ + U₁₃ + U₃₁ - |U₃₄| - |U₄₃| - |U₁₂| - |U₂₁|. (10)

С учетом того, что при последовательном расположении электрических резистивных сопротивлений R₂₄ = R₂₃ + R₃₄, R₄₂ = R₃₂ + R₄₃, R₁₃ = R₁₂ + R₂₃, R₃₁ = R₂₁ + R₃₂

R = R₂₃ + R₃₄ + R₃₂ + R₄₃ + R₁₂ + R₂₃ + R₂₁ + R₃₂ - R₃₄ - R₄₃ - R₁₂ - R₂₁,

То же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю на сопротивлениях R₂₃, R₃₄, R₃₂, R₄₃,R₂₁, R₃₂

U₂₄ = U₂₃ + U₃₄, U₄₂ = U₃₂ + U₄₃, U₁₃ = U₁₂ + U₂₃, U₃₁ = U₂₁ + U₃₂

Т.е.

U = U₂₃ + U₃₄ + U₃₂ + U₄₃ + U₁₂ + U₂₃ + U₂₁ + U₃₂ - U₃₄ - U₄₃ - U₁₂ - U₂₁ -U₃₂ - U₃₄ - U₄₃ - U₁₂ - U₂₁,

U = 2 * (U₂₃ + U₃₂), (11)

а также с учетом того, чтоU₂₃ и U₃₂ - это значения падения напряжения, взятые по модулю при прямом и обратном токе на искомом резистивном сопротивлении между контактами 2 и 3, среднее арифметическое значение падения напряжения U_изм на искомом резистивном сопротивлении R вычисляется по формуле:

U_изм = U/4 = 2*(U₂₃ + ǀU₃₂ǀ)/4 = [(U₄+U₃-U₂-U₁)+( U_4обр+U_3обр-U_2обр-U_1обр)]/4 (12).

Таким образом, использование представленного способа позволяет с высокой точностью и повышенной надежностью контролировать значения падения напряжения на заданном электрическом резистивном сопротивлении.

Кроме того, данный способ позволяет контролировать целостность всех образуемых электрических цепей и исключать из результата измерений падения напряжения на переходных и контактных сопротивлениях, на сопротивлениях линий связи и на ключах мультиплексора в образуемых электрических цепях.

Способ автоматизированного измерения падения напряжения на электрическом резистивном сопротивлении с помощью четырёхконтактного устройства, отличающийся тем, что через мультиплексор четыре проверяемые точки объекта контроля подключают к выводам «+» и «-» калибратора тока со встроенным вольтметром либо к калибратору тока и вольтметру, при помощи ключей мультиплексора проводят восемь коммутаций между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе, подстраивая ток, значение которого по модулю должно быть одинаково во всех коммутациях; далее вычисляют среднее арифметическое значение падения напряжения на искомом резистивном сопротивлении по восьми взятым по модулю промежуточным значениям падения напряжения U₁, U_1обр, U₂, U_2обр, U₃, U_3обр, U₄, U_4обр

U_изм = [(U₄ + U₃ - U₂ - U₁) + (U_4обр + U_3обр - U_2обр - U_1обр)] / 4.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники для определения удельного электрического сопротивления полупроводниковых сменных многогранных режущих пластин из оксидно-карбидной керамики для неразрушающего определения и контроля микроструктурных параметров материала, которые непосредственно влияют на работоспособность режущей керамики.

Устройство для измерения параметров электрической изоляции // 2726282

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени.

Способ оценки технического состояния изоляционного покрытия участка подземного трубопровода // 2720647

Изобретение относится к области оценки технического состояния наружного изоляционного покрытия подземных трубопроводов. Сущность: на магистральном трубопроводе выбирают участок контроля состояния изоляционного покрытия между двумя точками контроля.

Ячейка для исследования высокотемпературной проводимости твердых веществ // 2716875

Ячейка для исследования высокотемпературной проводимости твердых веществ. Технический результат заключается в реализации внешнего воздействия оптического излучения на образец одновременно с воздействием температуры и газовой среды.

Способ определения параметров многоэлементных двухполюсников // 2714954

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам определения параметров двухполюсников. Сущность способа заключается в проведении трех этапов измерений.

Способ измерения параметров катушек индуктивности // 2713100

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиотехническим измерениям параметров катушек индуктивности, применяемых в радиотехнических устройствах различного назначения.

Измеритель параметров двухполюсников // 2709052

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Технический результат: повышение точности при дистанционных измерениях за счет уменьшения составляющей погрешности от ошибки значения емкости соединительной линии и от нестабильности этой ёмкости.

Способ измерения объемного электрического сопротивления // 2708712

Изобретение относится к измерительной технике в области исследований электрических параметров изделий и предназначено для измерения объемного электрического сопротивления различных изделий, в том числе для изделий из высокоэлектропроводных материалов.

Устройство для измерения полного сопротивления параметрических датчиков // 2705179

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для подключения параметрических датчиков различного типа (резистивных, индуктивных, емкостных, смешанного типа) к генератору сигнала и снятия информативных электрических сигналов для последующей обработки в различных информационно-измерительных телеметрических системах.

Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств // 2699917

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет контролировать целостность электрических цепей. Согласно изобретению способ автоматизированного измерения сопротивлений с помощью четырехконтактного устройства заключается в том, что контакты располагают последовательно на произвольном расстоянии друг от друга, при помощи ключей двухпроводного мультиплексора проводят восемь коммутаций между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе, измеряют восемь промежуточных значений сопротивления R1, R1обр, R2, R2обр, R3, R3обр, R4, R4обр соответственно и вычисляют значение сопротивления по формуле Rизм = [(R4+R3-R2-R1)+(R4обр+R3обр-R2обр-R1обр)]/4.

Устройство для измерения переменного тока // 2729954

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения малых токов инфранизких частот бесконтактным способом. Устройство ориентировано на использование в составе системы пофидерного контроля электрических сетей.