Образцовых резисторов

Поверка методом образцовых приборов ( 11.8) заключается в том, что на поверяемый прибор подается некалиброванный скгнал, значение которого автоматически (или вручную) устанавливает отсч*тное устройство прибора на поверяемую отметку шкалы. Это значение сигнала измеряется образцовым средством измерений. Значение сигналов с отсчетнзго устройства к образцового прибора обрабатывается в ЭВМ с целью вычисления метрологических характеристик поверяемого прибора. В такой установка могут поверяться и измерительные преобразователи. Тогда на вход преобразователя подаются сигналы, указанные в нормативной документации на поверяем ли преобразователь. Естественно, что при отсутствии автоматического отсчетною устройства указатель на поверяемую отметку шкалы устанавливает оператор. Он же должен ввести в ЭВМ и значения поверяемого параметра в данной точке) шкалы. На практике уровень автоматизации поверочных работ должен определяться тщательным технико-экономическим анализом. Оптимальным будет такой 1ыбир методов поверки, когда при снижении затрат на проведение поверки повысится качество поверки средств измерений. Точность поверочных установок зависит от их конкретной структуры и использованных при оценке точности методах поверки. Для примера определим точность автоматической установки для поверки приборов, структурная схема которой приведена на 11.9. (ПСИ — поверяемое средство измерений, ОУ — автоматическое отсчетное устройство, ИС •— источник сигналов, НП — нормализующий преобразователь, Д0 — делитель, ИОН — источник образцовых напряжений, АЦП — аналого-цифровой преобразователь, УР — устройство регистрации. Предполагаем, что ИОН генерирует стабильное напряжение или другой сигнал, устанавливающий указатель прибора на поверяемую отметку шкалы. Значение погрешности А при поверке прибора в 1-й точке шкалы может быть определено из соотношения

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Преобразование цифровых кодовых сигналов в квантованную аналоговую величину осуществляется цифроаналоговыми преобразователями, которые могут быть выполнены в виде отдельных средств измерения, содержащих источник образцовых напряжений, дискретные делители, ключи, схему управления и блоки питания, которые размещены в одном корпусе. Цифроаналоговым преобразователем называют также управляемые цифровым кодом источники дискретно-изменяющегося напряжения, основными узлами которых являются источники образцовых напряжений, дискретные делители и коммутирующие элементы. Дискретные делители напряжения и тока строят с использованием резисторов или элементов реактивного сопротивления (например, индуктивных делителей), информативные параметры которых изменяются в двоичной, двоично-десятичной или тетрадно-десятичной системах.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Преобразование цифровых кодовых сигналов в квантованную аналоговую величину осуществляется цифроаналоговыми преобразователями, которые могут быть выполнены в виде отдельных средств измерения, содержащих источник образцовых напряжений, дискретные делители, ключи, схему управления и блоки питания, которые размещены в одном корпусе. Цифроаналоговым преобразователем называют также управляемые цифровым кодом источники дискретно-изменяющегося напряжения, основными узлами которых являются источники образцовых напряжений, дискретные делители и коммутирующие элементы. Дискретные делители напряжения и тока строят с использованием резисторов или элементов реактивного сопротивления (например, индуктивных делителей), информативные параметры которых изменяются в двоичной, двоично-десятичной или тетрадно-десятичной системах.

Считываемая с помощью телеграфного или специально разработанного трансмиттера (максимальная скорость до 60 строк в секунду) в виде параллельного кода про-' грамма либо перезаписывается в ОЗУ, либо с помощью дешифраторов и распределителей импульсов упрдвляет работой основных узлов схемы. Генераторы стимулирующих сигналов представляют собой либо набор образцовых напряжений, либо цифро-аналоговый преобразователь. Контролируемые параметры (R, L, С, U=, и„, 1=, /_,/„.* /обр, /, Т, ф и др.) с помощью измерительных цепей, аналого-цифровых преобразователей и допусковых устройств

Цифровой вольтметр с поразрядным уравновешиванием. Эти вольтметры являются наиболее быстродействующими и достаточно точными. Принцип их. работы заключается в сравнении измеряемого напряжения с суммой дискретных значений образцовых напряжений, вырабатываемых цифроаналоговым преобрг.зователем, с определенными весами, например 1-2-4-8 или 1-2-4-4.

В цифровом вольтметре с развертывающим уравновешиванием ( 3-33, а) значения образцовых напряжений изменяются в течение цикла измерения по жесткой программе и текущая их сумма сравнивается с измеряемым напряжением до получения равенства или достижения максимального значения. Затем прибор возвращается в начальное состояние и начинается следующий цикл.

напряжений и сумм напряжений тех разрядов, которые ока» зались записанными в ДШ, происходит до конца цикла пли до получения равенства Ux = ?Ult
Вольтметр следящего уравновешивания работает не циклами, а непрерывно реагируя на изменение измеряемого напряжения: сумма образцовых напряжений принимает большее или меньшее значение в зависимости от значения измеряемого напряжения. Когда достигается равенство ^Uo69 = Ux ( 3-33, г), код преобразуется в показание, а состояние прибора остается неизменным до тех пор, пока не изменится значение Ux. Преимущество вольтметров следящего уравновешивания заключается в уменьшении статической и динамической погрешности и в повышении быстродействия.

АЦП поразрядного уравновешивания. АЦП этого типа, в отличие от ранее рассмотренных, построены по схеме уравновешивающего преобразования. Сущность поразрядного уравновешивания состоит в сравнении входного напряжения с рядом образцовых напряжений, размеры которых различаются по определенному закону, например по закону последовательного расположения разрядов IB двоичной системе счисления. Число, соответствующее образцовому напряжению, которым компенсируется входное постоянное напряжение, представляет это напряжение в виде такого кода.

Структурная схема преобразования изображена на 4.19. Пусть преобразуемое напряжение подается на один вход устройства сравнения (нуль-орган), а на другой его вход подводится напряжение из образцового набора, причем подключение начинается со старшего разряда. В устройстве сравнения преобразуемое напряжение сравнивается с образцовым напряжением или суммой образцовых (напряжений. Если U06v0 (мало), то выходное устройство не будет оказывать воздействия на управляющее устройство. Оно продолжает работать циклами и выдает новый тактовый импульс, подключающий к предыдущему образцовому напряжению (или сумме 'напряжений), напряжение, соответствующее следующему низшему разряду. Если ,и после этого Ux—'1/обр>0, то управляющее устройство не 'будет реагировать на выходное напряжение сравнивающего устройства. Следующий такт прибавляет к сумме образцовых еще одно напряжение, соответствующее низшему разряду. Если Ux—?/0бр<0 (велико), выходное напряжение сравнивающего устройства действует на управляющее устройство, которое вырабатывает импульс, 'направляемый в блох образцовых напряжений, и напряжение разряда, подключенное в данном такте, снимается. Этот разряд пропускается. Далее в следующий такт подключается напряжение следующего за пропущенным более низкого разряда. Процесс заканчивается после сравнения входного напряжения с полным набором образцовых напряжений. Образцовые напряжения, остав-

где б U Обр — погрешность, появляющаяся из-за неточной подгонки образцовых напряжений и их нестабильности; 6t/nop — погрешность, обусловленная порогом сравнения и его нестабильностью во времени; 8UK — погрешность квантования; 6Unolt — погрешность из-за помехи.

жений с высокой точностью используется компенсационный метод измерений, основанный на сравнении неизвестной ЭДС Ех или напряжения с известными. Приборы^ использующие этот метод измерения, называются компенсаторами. Принципиальная схема компенсатора постоянного тока изображена на 7.11. Компенсатор состоит из двух магазинов резисторов (набор образцовых резисторов со штыревыми контактами) rN и гх источника с ЭДС ? и нормального элемента с ЭДС EN, регулировочного резистора гр.

Все большее применение получают также цифровые автоматические мосты. На 16.17 в качестве примера показаны принципиальная электрическая схема (а) и внешний вид (б) цифрового моста Р336. Здесь ИН — индикатор небаланса. Одно из плеч этого моста (гс) составлено в виде набора декад образцовых резисторов, которые с помощью контактов реле могут быть включены параллельно между собой.

На 16.23,а показана принципиальная схема соединения резисторов, образующих компенсирующее сопротивление потенциометра по принципу замещающих декад. Последовательно включаются несколько пар (на схеме 16.23,а для простоты включены три пары) набора образцовых резисторов с номиналами г, : г а : ra — 1; 0,1; 0,01. Движки декад (набор, состоящий из 10 резисторов одного номинала) связаны между собой механически. Как видно из схемы, полное сопротивление рабочему току /р остается неизменным при любом положении этих движков (заштрихованные участки соответствуют резисторам, находящимся под током). Компенсирующее же напряжение 6'„, снимаемое только с нижних декад, зависит от положения движков и составляется из суммы падений напряжения, вызванных рабочим током на соответствующем количестве включенных в каждой декаде резисторов (в данной схеме получаем три знака).

На 16.23,6 приведена схема, построенная по принципу шунтирующих декад: два набора образцовых резисторов одинакового номинала rt содержат 10 и 9 резисторов. Один резистор верхней декады всегда шунтирован всей нижней декадой. Очевидно, что ток в нижней декаде в 10 раз меньше рабочего тока /Р верхней декады. Перемещение движков обеих декад не влияет на величину рабочего тока /р потенциометра. С одной пары шунтирующих декад снимается двухзначная величина компенсирующего напряжения UK (в зависимости от положения движков обеих декад).

Для измерения активных сопротивлений в приборе создается делитель напряжения, состоящий из последовательно включенных измеряемого объекта (зажимы „Rx") и одного из образцовых резисторов набора (Roi). На делитель подается постоянная э. д. с. Е от источника питания прибора. Напряжение на образцовом резисторе RPi зависит от измеряемого сопротивления Rx. Это позволяет градуировать одну из шкал прибора в омах или килоомах.

Сплавы высокого сопротивления при нормальной температуре имеют р не менее 0,3 мкОм'М. При использовании этих сплавов для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов, помимо высокого удельного сопротивления р.требуются также высокая стабильность значения р во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления ТКр и малый коэффициент термоЭДС в паре сплава с медью. Сплавы для электронагревательных элементов должны длительно работать на воздухе при высоких температурах (иногда до 1000 °С и даже выше). Кроме того, для многих случаев применения требуется технологичность сплавов — возможность изготовления из них тонкой гибкой проволоки.

Манганин, названный так из-за наличия в нем марганца (латинское manganum),—широко применяемый для изготовления образцовых резисторов

Р329. Мост содержит два встроенных образцовых резистора RQ со значениями 1 и 0,001 Ом, но допускает включение внешних образцовых резисторов различных номиналов. Сопротивления плеч ^ и R3 выполнены в виде пятидекадных магазинов сопротивлений с сопротивлениями одной ступени декады соответственно 0,01; 0,1; 1; 10 и 100 Ом. Одноименные декады магазинов ki и R3 имеют одну ручку управления, что обеспечивает выполнение

Следовательно, шкалу вольтметра можно градуировать в единицах сопротивления. Для расширения пределов измерения используется набор образцовых резисторов.

В соответствии с условиями равновесия моста переменного тока (5.3), (5.5) и (5.7) схемы мостов для измерения емкости, угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек могут иметь различные варианты включения в плечи измеряемых и образцовых резисторов, катушек индуктивностей и конденсаторов.

Современные универсальные мосты (УМ) содержат набор образцовых резисторов, конденсаторов и катушек индуктивностей постоянного и переменного значения. С помощью переключателя рода измеряемой величины составляется одна из рассмотренных выше схем моста. Значения образцовых элементов в схеме моста устанавливаются другим переключателем в зависимости от требуемого предела измерения.