Способ измерения падения напряжения с помощью четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях
METHOD OF MEASURING VOLTAGE DROP USING FOUR-CONTACT DEVICES WITH ELIMINATION OF VOLTAGE DROP ON CONTACT RESISTANCES

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.
1
2
3
4
4
3
2
1
Известен способ автоматизированного измерения сопротивлений, в котором результат измерений достигается за счет определенной последовательности четырёх коммутаций и измерений промежуточных сопротивлений R, R, R, R и расчета искомого значения сопротивления Rх = (R + R - R - R)/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.
23
На фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема расположения четырех контактного устройства при измерениях падения напряжения на заданном резистивном сопротивлении R.
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.
1
1обр
2
2обр
3
3обр
4
4обр
1
1обр
2
2обр
3
3обр
4
4обр
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 U, U, U, U, U, U, U, U на промежуточных сопротивлениях R, R, R, R, R, R, R, R, образуемых соответственно между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4:
1
1
1K
1к1
12
2K
2к2
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулю на сопротивлении R = (R + R + R + R + R); 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
1
доп1
|U| ≤ U; (1)
1обр
1обр
1K
1к2
21
2K
2к1
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулю на сопротивлении R = (R + R + R + R + R); 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
1обр
доп1обр
|U| ≤ U; (2)
2
2
3K
3к1
34
4K
4к2
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении R = (R + R + R + R + R), 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
2
доп2
|U| ≤ U; (3)
2обр
2обр
3K
3к2
43
4K
4к1
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении R = (R + R + R + R + R), 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
2обр
доп2обр
|U| ≤U; (4)
3
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении
3
1K
1к1
13
3K
3к2
R = (R + R + R + R + R), 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
3
доп3
|U| ≤ U; (5)
3обр
3обр
1K
1к2
31
3K
3к1
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении R = (R + R + R+ R + R), 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
3обр
доп3обр
|U| ≤ U; (6)
4
4
2K
2к1
24
4K
4к2
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении R = (R + R + R+ R + R), 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
4
доп4
|U| ≤ U; (7)
4обр
4обр
2K
2к2
42
4K
4к1
- измеряется значение падения напряжения U, взятого по модулюна сопротивлении R = (R + R + R+ R + R), 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
4обр
доп4обр
|U| ≤ U;(8)
где:
1к1
1к2
2к1
2к2
3к1
3к2
4к1
4к2
1к1
1к2
2к1
2к2
3к1
3к2
4к1
4к2
R; R; R; R; R; R; R; R - неизвестные значения сопротивлений линий связи и сопротивлений ключей мультиплексора, а U; U; U; U; U; U; U; Uзначения падений напряжения, взятые по модулю на них;
1K
2K
3K
4K
1K
2K
3K
4K
R; R; R; R - неизвестные значения контактных сопротивлений на контактах 1, 2, 3 и 4 четырёхконтактного устройства, значения падений напряжения U; U; U; U, 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:
4
3
2
1
4обр
3обр
2обр
1обр
R = (R + R - R - R) + (R + R - R - R). (9)
1К
2К
12
13
24
3К
4К
34
1к1
1к2
2к1
2к2
3к1
3к2
21,
31
42
4к1
4к2
43
При этом число уравнений для данной совокупности измерений промежуточных значений сопротивлений меньше числа неизвестных сопротивлений R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R R, R, R, R, R.
Решение (9):
4
3
2
1
4обр
3обр
2обр
1обр
2K
2к1
24
4K
4к2
2K
2к2
42
4K
4к1
1K
1к1
13
3K
3к2
1K
1к2
31
3K
3к1
3K
3к1
34
4K
4к2
3K
3к2
43
4K
4к1
1K
1к1
12
2K
2к2
1K
1к2
21
2K
2к1
R = (R + R - R - R) + (R + R - R - R) = ([R + R + R+ R + R] + [R + R + R+ R + R] + [R + R + R + R + R] +[R + R + R + R + R] - [R + R + R + R + R] - [R + R + R + R + R] - [R + R + R + R + R] - [R + R + R + R + R]).
Таким образом, то же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю, так же верно решение:
4
3
2
1
4обр
3обр
2обр
1обр
2K
2к1
24
4K
4к2
2K
2к2
42
4K
4к1
1K
1к1
13
3K
3к2
1K
1к2
31
3K
3к1
3K
3к1
34
4K
4к2
3K
3к2
43
4K
4к1
1K
1к1
12
2K
2к2
1K
1к2
21
2K
2к1
2K
2к1
24
4K
4к2
2K
2к2
42
4K
4к1
1K
1к1
13
3K
3к2
1K
1к2
31
3K
3к1
3K
3к1
34
4K
4к2
3K
3к2
43
4K
4к1
1K
1к1
12
2K
2к2
1K
1к2
21
2K
2к1
U = (U + U - U - U) + (U + U - U - U) = ([U + U + U+ U + U] + [U + U + U+ U + U] + [U + U + U + U + U] +[U + U + U + U + U] - [U + U + U + U + U] - [U + U + U + U + U] - [U + U + U + U + U] - [U + U + U + U + U]) = (U + U + U + U + U + U + U + U+ U + U + U + U + U + U + U + U + U + U+ U + U - U - U - U - U - U - U - U - U- U - U - U - U - U - U - U - U - U - U - U - U).
Т.е.
24
42
13
31
34
43
12
21
U = U + U + U + U - |U| - |U| - |U| - |U|. (10)
24
23
34
42
32
43
13
12
23
31
21
32
С учетом того, что при последовательном расположении электрических резистивных сопротивлений R = R + R, R = R + R, R = R + R, R = R + R
23
34
32
43
12
23
21
32
34
43
12
21
R = R + R + R + R + R + R + R + R - R - R - R - R,
23
34
32
43
21
32
То же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю на сопротивлениях R, R, R, R,R, R
24
23
34
42
32
43
13
12
23
31
21
32
U = U + U, U = U + U, U = U + U, U = U + U
Т.е.
23
34
32
43
12
23
21
32
34
43
12
21
32
34
43
12
21
U = U + U + U + U + U + U + U + U - U - U - U - U -U - U - U - U - U,
23
32
U = 2 * (U + U), (11)
23
32
изм
а также с учетом того, чтоU и U - 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 на искомом резистивном сопротивлении R вычисляется по формуле:
изм
23
32
4
3
2
1
4обр
3обр
2обр
1обр
U = U/4 = 2*(U + ǀUǀ)/4 = [(U+U-U-U)+( U+U-U-U)]/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.