научная статья по теме ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, НАХОДЯЩЕГОСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ Физика

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, НАХОДЯЩЕГОСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2008, № 3, с. 72-75

ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, НАХОДЯЩЕГОСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Научно-конструкторское бюро "Моделирующих и управляющих систем (МИУС)" Южного федерального университета Россия, 347928, Таганрог, ул. Петровская, 81 E-mail: otdel21b@ttpark.ru Поступила в редакцию 05.09.2007 г.

Описан измеритель активного сопротивления участка цепи, находящегося под постоянным напряжением. Применение современной элементной базы, использование итерационного алгоритма измерений и синусоидального сигнала в качестве тестового позволяет получить следующие технические характеристики: время измерения <1 с, погрешность от 0.3 до 2% в диапазоне 100 Ом-1 МОм и <25% в диапазонах 10-100 Ом и 1-10 МОм.

PACS: 01.50.Pa, 02.30.Nw, 02.30.Cj

В процессе эксплуатации крупных и сложных комплексов (таких, как, например, космический корабль) существует проблема измерения сопротивления участка цепи, находящегося под напряжением. Как правило, желательно иметь встроенный в систему управления комплекса блок измерения сопротивлений участков цепей, обеспечивающий контроль комплекса в процессе его функционирования. В [1] описано устройство измерения сопротивлений, использующее в качестве тестового синусоидальный сигнал, что позволяет исключить влияние постоянной составляющей измерительной цепи на результат измерения. Современная элементная база позволяет довольно просто реализовать устройства, обеспечивающие измерения с

приемлемой погрешностью. На рис. 1 приведена блок-схема такого устройства, содержащего генератор синусоидального сигнала Г, операционный усилитель ОУ, аналого-цифровой преобразователь АЦП.

Устройство работает следующим образом. Тестовый сигнал от генератора Г через измеряемый

участок цепи (¿экв) поступает на вход усилителя ОУ

и усиливается с коэффициентом к = )оу/)г =

= Ям/ ¿экв. По результатам обработки выходного сигнала ОУ и известным входному сигналу и масштабирующему резистору Ям определяется величина ¿экв по формуле ¿экв = ям и г / и оу.

Рис. 1. Блок-схема преобразователя в код комплексного сопротивления, находящегося под напряжением. Е - источник постоянного напряжения; Хц - комплексное сопротивление подключаемой для измерения цепи, находящейся под напряжением (Яу - активная и Су - реактивная составляющие участка цепи, Яв - активная составляющая участков цепи, связанных с Е); ¿экв - комплексное сопротивление, которое является токозадающим для ОУ; Ср1, Ср2 - разделительные конденсаторы.

Рис. 2. Блок-схема устройства измерения активного сопротивления участка цепи, находящегося под напряжением (на базе микросхемы AD5933). ОУЦ - цифроуправляемый операционный усилитель с коэффициентами усиления 1 или 5;

ФНЧ - фильтр низких частот; ДПФ - блок дискретного преобразования Фурье; Vг - тестовый синусоидальный сигнал генератора, Vоу - преобразованный тестовый сигнал.

Схема построена на основе микросхемы преобразователя комплексного сопротивления в код AD5933 [2]. В состав микросхемы входят генератор тестового сигнала, усилитель, фильтр низкой частоты, АЦП, а также вычислитель, использующий дискретное преобразование Фурье. Назначением микросхемы является измерение комплексного сопротивления в диапазоне от 102 до 107 Ом с погрешностью <9% (согласно описанию микросхемы, предложенным методам измерения и гистограммам зависимости погрешности, указанным в [3]).

После операции измерения сопротивления

¿экв микросхема выдает два кодовых значения

Яе(¿экв) и 1т(¿экв), которые нормируются с помощью тарировочных резисторов соответствующих диапазонов измерения.

Микросхема AD5933 позволяет программно задавать полосу рабочих частот путем деления частоты тактирования микросхемы Например, при условии = ^т/80 упрощается процедура вычисления активного сопротивления: а^(2) =

= 180°, т.е. Мо<3(2) = 7ие(^2 + Тш(2)2 - Ие(2) и

полученное с помощью микросхемы комплексное число, соответствующее подключению Ктест.

Блок-схема устройства измерения активного сопротивления участка цепи, находящегося под напряжением, приведена на рис. 2, а алгоритм его работы - на рис. 3.

На рис. 4 приведена принципиальная схема измерительной части измерителя активного сопротивления участка цепи, находящегося под напряжением. На основе контроллера М1 (ATMega8535) осуществлен вышеописанный алгоритм. Для исключения шунтирующего влияния емкостей измерительных цепей тестовая частота выбрана равной 0.5 кГц; с ее учетом рассчитывается емкость разделительных конденсаторов Ср1 и Ср2, которая позволяет пренебречь вносимыми ими погрешностями. Микросхема М2 (590КН4) выполняет роль ключей для подсоединения в качестве токозадающего резистора либо 2ц к контактам Къ К2, либо Ктест. В качестве переменных резисторов Ям и Ктест используются цифроуправляемые потенциометры AD5290 (М3 и М4), разрешающая способность и погрешность преобразования которых позволяют обеспечить диапазон измерения 10 0м-10 МОм. Для повышения нагрузочной способности генератора использован операционный усилитель AD820 (М5). Прецизионный источник ИБР02 напряжения 5 В (М7) используется для питания микросхемы М6 (AD5933). Стабильность работы интерфейса 12С обеспечивают подтягивающие к "плюсу" резисторы.

БОРОДЯНСКИИ и др.

Подключить RTecT PGA = 1 Провести измерение

Вычислить NTap R = (КЯмРтар/N) - 5

Рис. 3. Алгоритм работы устройства. К и В - компенсационные коэффициенты (используются при переключении ОУЦ); РОЛ - регистр микросхемы (м/с) AD5933, который задает коэффициент усиления для ОУЦ; У0ц1 - амплитуда выходного сигнала генератора (от пика до пика); Лм0 - значение масштабирующего резистора при первом замере; М0, Мц - выходные коды м/с соответственно при первом и окончательном замерах (последний участвует в вычислениях); Мтар - значение тарировочного кода м/с (получается при измерении Ктест); Копт - коэффициент, позволяющий максимизировать Мц (следовательно, минимизировать погрешность); Кц - активная составляющая Хц .

Контроллер М1 автономно ведет предварительную обработку данных. Устройство может быть интегрировано в любую систему в качестве автономного блока или может управляться непосредственно от персонального компьютера. Для

обмена с внешними устройствами используется интерфейс ШЛИТ.

Зависимость относительной погрешности измерения активного сопротивления, находящегося

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎