SU1601588A1 - Резистивный делитель напр жени посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве электроизмерительных приборов, их поверке и калибровке. Цель изобретени  - повышение точности делени  напр жени  и эффективности использовани  схемных элементов делител . Устройство состоит из последовательно соединенных выходной и четырех входных ступеней, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных посто нных резисторов и подстроечных резистивных схем. В результате образуетс  схема делени  посто нного напр жени  на посто нных резисторах 7-34 и подстроечных резистивных схемах 16, 18, 20, 31, 33, 35, электрически соединенных с контактными гнездами 36-65. Через эти гнезда с помощью вилок 66-70 обеспечиваетс  коммутаци  резисторов 7-35 и их престройка в мостовые измерительные схемы с нуль-органом и источником питани . Введение дополнительных ступеней делени  напр жени , так и в качестве элементов плеч моста при автономной подстройке и поверке коэффициентов делени  позвол ют исключить использование внешних подключающих устройств, например мостов, потенциометров, а также погрешности измерени  и настройки, вносимые внешними устройствами. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве электроизмерительных приборов, их поверке и калибровке, а также дл  точных измерений в широком диапазоне напр жений.

Цель изобретени  - повышение точности делени  напр жени  и эффективности использовани  схемных элементов делител .

На фиг.1 представлена электрическа  схема резистивного делител  напр жени ; на фиг.2 - подстроечна  резистивна  схема; на фиг.З и 4 - мостовые измерительные схемы автономной подстройки и поверки делител  напр жени , образованные из цепи делител .

На схемах обозначены зажимы 1 - о входа и выхода, резистивные элементы 7 - 35, образующие делитель и соединенные электрически с контактными гнездами 36 - 65, через которые посредством вилок 66 - 70 обеспечиваетс  коммутаци  (преобразование ) резистивных элементов 7 - 35 и их перестройка в мостовые измерительные схемы с нуль-органом 71 и источником 72 питани  при автономной подстройке, поверке и работе делител .

Выходна  ступень между зажимами 5 и 6 выполнена на посто нном резисторе 34, последовательно которому подключена подстроечна  резистивна  схема 35, пред- став-л  юща  собой (фиг.2) две последовательно , включенные совокупности резисторов - Грубо и Точно, в.каждой из которых содержатс  по два посто нных резистора 35-1, 35-2 и 35-3, 35-4, включенных параллельно друг другу, и один переменный

(подстроечный) резистор 35-5, 35-6 с последовательным подсоединением одного переменного резистора к одному посто нному резистору. Аналогичное схемное построение у всех подстроечных резистивных схем 16,18, 20, 31 и 33, вход щих в другие ступени делител  напр жени .-

Входные ступени 1 - IV, ограниченные зажимами 1, 2; 2, 3; 3, 4 и 4, 5, соединены с выходной ступенью с помощью вилок 69 и

70.

Перва  входна  ступень выполнена на

посто нном резисторе 32 и подключенной к ему последовательно подстроечной рези- стивной схеме 33. Такое же построение третьей входной ступени, ограниченной за- 0 жимами 2 и 3, у которой также имеетс  посто нный резистор 19 и идентична  схеме 33 подстроечна  резистивна  схема 20.

Втора  и четверта  ступени, соответственно ограниченные зажимами 1,2 и 3,4, 5 содержат по трансферу из резисторов 21 - 29 и 7 - 14 (под которым понимаетс  цепь резисторов, выполненна  с возможностью ее преобразовани  из последовательного соединени  резисторов в параллельное, и 0 наоборот), а также посто нные (дополнительные ) резисторы 15,17 и 30 и идентичные подстроечные резистивные схемы 16, 18 и 31, подключенные соответственно по одной к одному из резисторов 15. 17 и 30. 25 Подстройка коэффициента делени  делител  напр жени  определ етс  в схеме моста (фиг.З и 4), плечи сравнени  которого образованы подстраиваемой ступенью делител  напр жени  и опорным элементом, 30 в качестве которого используют; при подстройке первых двух коэффициентов делени  делител  - трансфер (резисторы 21 -29) второй входной ступени делител  напр жени , а при подстройке вторых двух коэффи- 35 циентов делени  - последовательно включенные выходную, первую и вторую входные ступени делител  напр жени . Плечи отношени  образованы первой и третьей входными, ступен ми делител  и 40 цепью их посто нного резистора и подстроечной резистивной схемы второй или четвертой ступени делител  напр жени , При -этом методическа  погрешность плеч отношени  моста уст{зан етс  подстройкой их 45 сопротивлени  до получени  равенства от- г.четов указател  равновеси  моста при взаимной перестановке плеч отношени . Методическа  погрешность делител  напр жени  устран етс  подстройкой ступени делител  напр жени  до нулевого отсчета указател  равновеси  моста и подстройкой ступени делител  напр жени  и цепи резисторов , образующих плечи отношени  моста , до получени  нулевого отсчета указател  равновеси  при взаимной перестановке одного из плеч отношени  и плеча сравнени , образованного трансфером, с одновременным переключением параллельного соединени  резисторов трансфера на последовательное .

При зтом формирование схемы моста; переключение и перестановка его плеч осуществл ютс  с помощью вилок, причем используетс  один комплект вилок, при подстройке как первых, так и вторых двух коэффициентов делени  делител  напр жени , а формирование рабочей схемы делител  напр жени  осуществл етс  с помощью двух идентичных вилок. , При этом диапазон подстройки сопротивлени  цепи (второй или четвертой ступени делител  напр жени ) выбираетс  таким, чтобы возникающее ограничение при подстройке сигнализировало о недопустимом изменении сопротивлени  резисторов опорного элемента, а необходима  дискретность подстройки сопротивлени  низкоомных ступеней делител  напр жени  обеспечиваетс  с помощью подстроеч- ной резистивной схемы.

Номинальные значени  сопротивлени  резисторов, из которых состоит делитель напр жени , удовлетвор ют следующим равенствам:

R7 R8 Rg Rio Rii Ri2 Ri3 Ri4 Ri5 + Ri6 Ri7 + Ri8 Ri9 + R20 900 (Рз + RSS);

(1)

R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30 + R31 R32 + R33 9x(R34 + +R35).

(2)

Коэффициенты делени  делител  напр жени  определ ютс  из соотношений К,о R32 + R33 Н- R34 + R35 RBBIXR34 + RGS

KIOOO

RIII + RII + RI -f RBUX

вых

Rl9 + ... ч- R31 + R32 -f R33 + R34 + R35 R34 + R35

1000;

(5)

10

KlOOOO - V - + + RI - RBBIX

R

вых

15

R7-b... -f-Ras

R34 -b R35

10000

(6)

Пор док автономной подстройки и поверки . Нуль-орган 71 подключаетс  к вход- ным зажимам 4 и 5, а источник 72 питани  - к зажимам 3 и б, как показано на фиг.З, включаетс  контактна  вилка 66 в гнезда 51 53-55-57-59-64 ,50-52-54-56-58- 60, 61 - 62, 63 - 65. При этом образуетс 

мостова  схема, плечи сравнени  которой образованы подстраиваемой ступенью 5-6 делител  напр жени  и опорным элементом , образованными трансфером из параллельно соединенных резисторов 21 - 29,

плечи отношени  образованы первой ступенью 4-5 и цепью резисторов 30 - 31 второй ступени 3-4 делител  напр жени . Отсчет «1 нуль-органа 71;

;

35

«1 S ( бз4,35 - (5з2,33 - 5о + (5зо,31 ) ,

(7)

40

где S - чувстви дельность мостовой схемы; 034.35 , (5з2,зз ,з1 - Относительные погрешности сопротивлений, образующих плечи моста;

Оо - относительна  погрешность опорного элемента.

Поскольку подстройка и поверка ведутс  по отношению к опорному элементу, то

можно прин ть (5о 0.

Устанавливаетс  новый отсчет сп нуль- органа 71: d О изменением сопротивле- „ ни  плеча 32, 33 отношени  моста (первой ступени делител  напр жени ). При этом из (7) получаетс 

10;

K,

RBUX

(3)

R21 + ... + R3t R32 + R33 + R34 -Ь R35

R34 + R35

(4)

5з4,35 - (,зз + 5зо,31 (5о о .

55

(8)

100

Затем включаетс  вилка 67 в гнезда 51- 53 - 55 - 57 - 59 - 64, 50 - 52 - 54 - 56 - 58- 63, 60 - 65, 61 - 62. При этом плечи отношени  моста мен ютс  местами, как показано на фиг.З (обозначение в скобках).

Отсчет Ой нуль-органа 71:

аа 8(бз4.з5+,.з1). (9)

Подстраиваетр  другое плечо 30, 31 отношени  мбста (цепь резисторов второй ступени делител  напр жени ) регулировкой переменных резисторов подстроечной схемы 1 так, что новое показание нуль-органа

оа

f.

(10)

Тогда с учетом (9) и (10)

дз4 35 + -33 -f 934.35 - 2,33

(11)

Подставл ем в (11) выражение дл  зо,31из(8):

дз435+ 33- 5о + (5з4,35 - 2,33

- ; 2

,35 + .33 - до - ,31

ЛИ

.,33.(12)

Затем регулировкой сопротивлени  плеча 34,35 сравнени  моста (выходной ступени делител  напр жени ), регулировкой переменных резистор JB подстроечной резистивной схемы 35.добиваютс  нового отсчета 02. нуль-органа: «2 О и тогда с учетом (12) из (9) получим

,33 0 .(1

Таким образом, выходна  ступень делител  напр жени  подстроена по опорному

элементу.

Затем включаетс  вилка 68 в гнезда 50- 60, 61 - 64, 59 - 62, 63 - 65. При этом образуетс  мостова  схема, показанна  на фиг.4, гДе по сравнению со схемой фиг.З производитс  взаимна  перестановка плеча 30, 31 отношени  моста и плеча сравнени  - опорного элемента, образованного трансфером из посто нных резисторов 21 - 29 с одновременным переключением параллельного соединени  резисторов трансфера на последовательное.

Относительна  погрешность опорного элемента после Т1араллельно-последова- тельного преобразовани  с точностью до

величины второго пор дка малости равна относительной погрешности опорного элемента до преобразовани  до, так как погрешность параллельно-последовательного

преобразовани  равна - сс где п i

число резисторов трансфера; сц - отклонение сопротивлени  1-го резистора трансфе- pa от среднего значени  сопротивлени . Отсчет ссз нуль-органа 71:

Си S (44,,.). (14)

5 Регулировкой сопротивлени  плеча 32, 33 моста (первой ступени делител  напр жени ) с помощью переменных резисторов подстроечной резистивной схемы 33 доби0

ваютс  нового показани  оз нуль-органа: I «з

CQ - , затем регулировкой сопротивлени  плеча 30, 31 моста (цепи резисторов второй ступени делител  напр жени ) с помощью переменных резисторов подстроеч- ной резистивной схемы 31 добиваютс  показани  нуль-органа Оз 0.

После этого с учетом (12) и (13) из (14) получаетс 

30

6}Ь,,,,(15)

т.е. выходна , перва  и группа резисторов второй ступени делител  напр жени  под5 строены по опорному элементу (цепочки резисторов второй ступени). Поскольку относительные погрешности всех ступеней равны, то получаем окончательно точные выражени , выраженные формулами (3) и (4)

0 дл  первых двух коэффициентов делени 

Кю и Kioo.

Дл  формировани  последовательного соединени  ступеней делител  напр жени  включаетс  вилка 70 в гнезда 59 - 60, 61 5 62 и 63 - 64.

Аналогично производитс  подстройка двух других коэффициентов делени  делител  напр жени  Кюоои Kioooo регулировкой сопротивлени  третьей и четвертой ступе0 ней, причем в качестве опорного элемента используютс  подстроечные выходна , перва  и втора  ступени делител . Коммутаци  ступеней осуществл етс  теми же вилками

66-68,

55 Окончательно после подстройки и получаем также точные выражени  дл  коэф- фициентов делени  Kiooo и Kioooo по

формулам (5) и (6),

Аналогичным образом производитс  автономна  поверка делител  напр жени .

только при поверке регулировка сопротивлений ступеней не проводитс , а производ тс  только отсчеты показаний нуль-органа 71 «i , Cfe и Оз . Затем решением системы уравнений из выражений (7), (9) и (14) наход т искомые относительные погрешности ступеней делител  и погрешности коэффициентов делени .

Дл  контрол  чувствительности S схемы моста в ступен х делител  напр жени  име- юtc  процентные сопротивлени , включаемые кнопкой последовательно с резисторами ступени (не показаны). Процентное сопротивление вносит дополнительную погрешность , равную 0,01%, в относительную погрешность делител  напр жени  и позвол ет объективно оценивать чувствительность S схемы и регулировать последнюю, с помощью изменени  выходного напр жени  источника 72 питани .

Диапазон подстройки сопротивлени  цепи второй или четвертой ступени делител  напр жени  с помощью подстроечных резистивных схем выбираетс  исход  из допустимой погрешности делител  напр жени , обусловленной при подстройке практически составл ющей погрешности опорного элемента, обусловленной погрешностью параллельно-последовательного преобразовани 

.

1 1

(16)

вызванной отклонением сопротивлени  каждого i-ro сопротивлени  трансфера от среднего значени .

Поскольку дл  отклонений от среднего справедливо

,

1 1

то дл  К-го резистора цепочки

-Е

о

1

(17)

Заменив в (16) отклонени  а некоторым средним значением а, кроме oic К-го резистора, получим выражение дл  погрешности последовательно-параллельного преобразовани :

ар,

(18)

С учетом (17) составл юща  погрешности параллельно-последовательного преобразовани  от изменени  К-го резистора

Р8к

(19)

10

15

Таким образом, допустимое значение погрешности делител  напр жени , обусловленное изменением сопротивлени  опорного элемента от изменени  сопротивлени  резистора трансфера, определ ет диапазон подстройки ступеней делител  напр жени , т.е.

-А -(n-lf -Од-

а

(20)

где в качестве а. принимаетс  нормируемое значение погрешности резисторов трансфера (отклонение от номинального), задаваемое в технической документации на примен емые резисторы.

Таким образом, возникающее ограничение при подстройке - выход за диапазон подстройки - сигнализирует о недопустимом изменении резисторов опорного элемента .

Дискретность подстройки низкоомных ступеней делителей напр жени  обусловливаетс  разрешающей способностью // подстроечных резисторов, составл ющей пор дка 0,5 - 1 % от номинального значени  сопротивлени  подстроечного резистора. Поскольку при дискретности подстройки d 10 сопротивлени  низкоомной ступени, например Рвых 1 кОм, необходимое общее сопротивление подстроечного резистора составл ет 0,1 Ом при разрешающей способности 0,001 Ом. Практически таких рези- сторов не существует.

Включение подстроечного резистора с последовательно соединенным посто нным резистором и параллельно ему соединенным другим посто нным резистором образует резистивную схему точной подстройки.

На фиг.2 показана резистивна  под- строечна  схема 35, состо ща  из двух схем точной и грубой подстройки.

Рассмотрим работу схемы на примере точной подстройки. Последовательно с под- строечным резистором 35-6 включен после- довательный резистор 35-3 и параллельно им включен резистор 35-4. Номинальные значени  сопротивлений последовательного 35-3 и параллельного 35-4 резисторов наход т исход  из номинального значени  сопротивлени  имеющегос  подстроечного

резистора 35-6, дискретности подстройки d и допустимой нелинейности подстройки в по формулам

4

(1-4#)R35-6

R

вых

id

(21)

R35.-6

-R35

(22)

где в- нелинейность подстройки (в относительных единицах);

Rebix сопротивление подстраиваемой ступени делител  напр жени ;

d - необходима  дискретность подстройки сопротивлени  (в относительных единицах);

jU- разрешающа  способность переменного резистора.

Аналогично рассчитываютс  значени  сопротивлений резисторов 35-1 и 35-2 грубой схемы подстройки и схем подстройки сопротивлений других ступеней делителей напр жени .

Повышение точности делител  напр жени  достигаетс  за счет следующих факторов.

Автономности подстройки и поверки. Не внос тс  погрешности из-за наличи  и вариаций переходных сопротивлений внешних подключающих устройств, что происходит при настройке других делителей напр жени  с помощью внешних мостов, потенциометров и т.п. Автономность подстройки и поверки позвол ют исключить погрешности, которые возникают при подстройке делителей с помощью внешних мостов и потенциометров: за счет изменени  режима измерений (токов и напр жений) при измерении различающихс  сопротивлений плеч делител  и ограниченных возможностей по точности и чувствительности мостов и потенциометров.

Комплектность настройки. Все резисторы плеч моста Целител ) одновременно присутствуют при всех переключени х, измерени х , т.е. происходит взаимна  подстройка. При иных способах и реализующих эти способы устройствах плечи делител  подстраиваютс  раздельно при отключении неподстраиваемых плеч, что способствует возникновению дополнительных погрешностей от нагрева рабочим током, термо-ЭДС, от кратковременной нестабильности резисторов,

Более полное использование схемных элементов делител  происходит за счет того, что одни и те же функциональные элементы делител  (резисторы, резистивные схемы) используютс  как элементы ступеней делител 

и как элементы плеч моста при автономной подстройке делител  и поверке коэффициентов делени  делител .

20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Резистивный делитель напр жени  посто нного тока, содержащий последовательно соединенные выходную ступень на посто нном резисторе, первую входную

   ступень из цепочки посто нных резисторов, схемы подстроечного и дополнительного резисторов и резистивный измерительный мост, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности делени  напр жени  и

   эффективности использовани  схемных элементов делител , последовательно с первой входной ступенью включены по меньшей мере три дополнительно введенные входные ступени, кажда  из которых

   состоит из последовательно соединенных посто нных резисторов и схемы подстроеч- ных резисторов, причем схемы подстроеч- ных резисторов второй и четвертой входных ступеней идентичны соответственно схемам подстроечных резисторов первой и третьей входных ступеней, а вс  цепь резисторов всех ступеней, образующих делитель , выполнена с возможностью ее преобразовани  вчетырехплечий резистивный измерительный мост.

   rpgSo

   Фиг.г

   Фие.З