ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а именно к области измерения электрического сопротивления постоянному току и может быть использована для контроля переходных сопротивлений электрических выключателей, разъединителей, разъемных соединений и в других случаях, когда требуется измерение электрических сопротивлений малой величины.
Известен измеритель малых сопротивлений (патент RU №2173858, опубл. 20.09.2001 г.), принцип действия которого основан на сравнении величин падения напряжения на измеряемом сопротивлении и образцовом резисторе (шунте) при прохождении через них одного и того же измерительного тока. Он содержит источник стабилизированного тока, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), переключатель направления тока, цифровой индикатор, а также два токовых и два потенциальных зажима для подключения измеряемого сопротивления, прецизионный АЦП, контроллер и шунт.
Недостатком этого устройства является высокая сложность и, как следствие, высокая стоимость. Другим недостатком является относительно большое время измерения, обусловленное двукратным измерением сопротивления при измерительных токах, противоположных по направлению, что необходимо для компенсации смещения нуля измерительной схемы и термо-ЭДС в местах подключения к измеряемому сопротивлению потенциальных зажимов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является микроомметр ИКС-5 (см. техническое описание URL: http://www.limi.ru/x5/manualiks-5.pdf), принцип действия которого основан на измерении величины падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него измерительного тока заданной величины. Известный микроомметр содержит импульсный преобразователь напряжения, получающий питание от аккумуляторной батареи (АБ), источник тока в виде компенсационного стабилизатора последовательного типа, выходные токовые зажимы ТЗ, входные потенциальные зажимы ПЗ, соединенные со входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), микро-ЭВМ, принимающая цифровые коды от АЦП, управляющая включением источника тока через блок электрической развязки и жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ).
Недостатком этого микроомметра является высокая сложность и, как следствие, высокая стоимость. Другим недостатком является то, что отсутствует индикация нарушения контакта между потенциальными зондами и измеряемым сопротивлением. В случае нарушения одного из этих контактов показания прибора становятся неопределенными, что приводит к неверному измерению сопротивления.
Задачей заявляемой полезной модели является создание надежного измерителя малых сопротивлений высокой точности и относительно низкой стоимости.
Поставленная задача достигается такой конфигурацией измерительной схемы, которая позволяет отказаться от блока электрической развязки и импульсного преобразователя напряжения, а также путем контроля напряжения на потенциальных зажимах, что дает возможность выявить нарушения контактов между потенциальными зондами и измеряемым сопротивлением.
Возможность осуществления полезной модели подтверждается тем, что авторами разработано, изготовлено и испытано заявляемое устройство. В настоящее время успешно осуществляется его опытная эксплуатация.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, а на фиг. 2 - пример реализации стабилизированного источника измерительного тока. Измеритель малых сопротивлений содержит (обозначения по фиг. 1):
1 - стабилизированный источник измерительного тока,
2 - токовые зажимы (ТЗ),
3 - потенциальные зажимы (ПЗ),
4 - измеряемое сопротивление,
5 - аналого-цифровой преобразователь,
6 - микро-ЭВМ,
7 - индикатор,
8 - источник питания (аккумулятор),
9, 10 - резисторы,
11, 12 - пороговые устройства.
Выход стабилизированного источника измерительного тока 1 через токовые зажимы 2 подключен к выводам измеряемого сопротивления 4, к выводам которого через потенциальные зажимы 3 подключены входы АЦП.
5. Выход АЦП 5 посредством линий управления/данных связан с микро-ЭВМ
6, которая передает информацию о результатах измерения на индикатор 7. Все узлы устройства получают питание от аккумулятора 8. Для контроля состояния контактов потенциальных зондов 3 между ними и общей точкой включены высокоомные резисторы 9 и 10, и входы двух пороговых устройств 11 и 12.
В состав схемы стабилизированного источника измерительного тока (фиг. 2) входят следующие узлы:
13 - источник опорного напряжения,
14 - ключ, управляемый от микро-ЭВМ 6,
15 - дифференциальный усилитель,
16 - транзистор,
17 - измерительный резистор, 2 - токовые зажимы.
Измерительный ток, который при замкнутом ключе 14 протекает через токовые зажимы 2, определяется по формуле:
где Uоп - выходное напряжение источника опорного напряжения 13, Rи - сопротивление измерительного резистора 17.
Напряжение на измеряемом сопротивлении Rx определяется по формуле:
Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. В исходном состоянии к измеряемому сопротивлению 4 подключаются зажимы токовые ТЗ 2 и потенциальные ПЗ 3. Стабилизированный источник измерительного тока 1 выключен и через измеряемое сопротивление 4 ток не течет. По команде оператора микро-ЭВМ 6 запускает измерение напряжения на ПЗ 3. Результат этого измерения Uo включает напряжение смещения нуля АЦП 5 и термо-ЭДС в местах подключения к измеряемому сопротивлению 4 потенциальных зажимов 3. Напряжение Uo запоминается микро-ЭВМ 6. Затем микро-ЭВМ 6 включает стабилизированный источник измерительного тока 1 и, после установления тока I через измеряемое сопротивление 4, запускает измерение напряжения Uп на ПЗ 3 посредством АЦП 5 и сохраняет это напряжение в памяти микро-ЭВМ 6, после чего выключает стабилизированный источник измерительного тока 1. После этого микро-ЭВМ 6 рассчитывает сопротивление по формуле:
С учетом (1)
Таким образом, влияние смещения нуля АЦП и термо-ЭДС контактов исключается и обеспечивается измерение малых сопротивлений с высокой точностью.
Резисторы 9 и 10 соединяют входы АЦП 5 с общей точкой схемы. При нормальном контакте между потенциальными зажимами 3 и выводами измеряемого сопротивления 4 в режиме измерения, когда протекает измерительный ток, потенциалы входов АЦП 5 выше потенциала общей точки на величину падения напряжения на измерительном резисторе 17 стабилизированного источника измерительного тока 1. В этом случае сигналы на выходах пороговых устройств 11 и 12 соответствуют правильному измерению. В случае ненадежного контакта потенциальных зондов 3 и выводов измеряемого сопротивления 4 (вследствие, например, загрязнения выводов) связь потенциального зажима 3 с измеряемым сопротивлением 4 разрывается и напряжение на соответствующем входе АЦП 5 становится близким к нулю относительно общей точки. В этом случае пороговое устройство 11 или 12 выдает соответствующий сигнал на вход микроЭВМ 6. МикроЭВМ 6 анализирует этот сигнал и, если это происходит в то время, когда стабилизированный источник измерительного тока 1 включен, выдает на индикатор 7 сообщение об ошибке. Сопротивление резисторов 9 и 10 выбирается настолько большим, чтобы их шунтирующее действие не оказывало существенного влияния на точность измерений сопротивления в рабочем диапазоне измерителя.
В качестве источника опорного напряжения, АЦП, микроЭВМ и дифференциального усилителя могут быть применены обычные устройства, выпускаемые промышленностью в виде интегральных микросхем. В качестве пороговых устройств могут применяться интегральные компараторы, а также могут быть использованы компараторы или АЦП, входящие в состав микросхем микроЭВМ.