Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения падения напряжения с помощью четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях

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.

Известен способ автоматизированного измерения сопротивлений, в котором результат измерений достигается за счет определенной последовательности четырёх коммутаций и измерений промежуточных сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄ и расчета искомого значения сопротивления Rх = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁)/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.

На фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема расположения четырех контактного устройства при измерениях падения напряжения на заданном резистивном сопротивлении R₂₃.

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.

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 U₁, U_1обр, U₂, U_2обр, U₃, U_3обр, U₄, U_4обр на промежуточных сопротивлениях R₁, R_1обр, R₂, R_2обр, R₃, R_3обр, R₄, R_4обр, образуемых соответственно между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4:

- измеряется значение падения напряжения U₁, взятого по модулю на сопротивлении R₁ = (R_1K + R_1к1 + R₁₂ + R_2K + R_2к2); 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

|U₁| ≤ U_доп1; (1)

- измеряется значение падения напряжения U_1обр, взятого по модулю на сопротивлении R_1обр = (R_1K + R_1к2 + R₂₁ + R_2K + R_2к1); 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

|U_1обр| ≤ U_{доп1обр} ; (2)

- измеряется значение падения напряжения U₂, взятого по модулю на сопротивлении R₂ = (R_3K + R_3к1 + R₃₄ + R_4K + R_4к2), 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

|U₂| ≤ U_доп2; (3)

- измеряется значение падения напряжения U_2обр, взятого по модулю на сопротивлении R_2обр = (R_3K + R_3к2 + R₄₃ + R_4K + R_4к1), 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

|U_2обр| ≤U_{доп2обр}; (4)

- измеряется значение падения напряжения U₃, взятого по модулю на сопротивлении

R₃ = (R_1K + R_1к1 + R₁₃ + R_3K + R_3к2), 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

|U₃| ≤ U_доп3; (5)

- измеряется значение падения напряжения U_3обр, взятого по модулю на сопротивлении R_3обр = (R_1K + R_1к2 + R₃₁+ R_3K + R_3к1), 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

|U_3обр| ≤ U_{доп3обр}; (6)

- измеряется значение падения напряжения U₄, взятого по модулю на сопротивлении R₄ = (R_2K + R_2к1 + R₂₄+ R_4K + R_4к2), 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

|U₄| ≤ U_доп4; (7)

- измеряется значение падения напряжения U_4обр, взятого по модулю на сопротивлении R_4обр = (R_2K + R_2к2 + R₄₂+ R_4K + R_4к1), 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

|U_4обр| ≤ U_{доп4обр}; (8)

где:

R_1к1; R_1к2; R_2к1; R_2к2; R_3к1; R_3к2; R_4к1; R_4к2 - неизвестные значения сопротивлений линий связи и сопротивлений ключей мультиплексора, а U_1к1; U_1к2; U_2к1; U_2к2; U_3к1; U_3к2; U_4к1; U_4к2 значения падений напряжения, взятые по модулю на них;

R_1K; R_2K; R_3K; R_4K - неизвестные значения контактных сопротивлений на контактах 1, 2, 3 и 4 четырёхконтактного устройства, значения падений напряжения U_1K; U_2K; U_3K; U_4K, 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:

R = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁) + (R_4обр + R_3обр - R_2обр - R_1обр). (9)

При этом число уравнений для данной совокупности измерений промежуточных значений сопротивлений меньше числа неизвестных сопротивлений R_1К, R_2К, R₁₂, R₁₃, R₂₄, R_3К, R_4К, R₃₄, R_1к1, R_1к2, R_2к1, R_2к2, R_3к1, R_3к2, R_21, R₃₁, R₄₂, R_4к1, R_4к2, R₄₃.

Решение (9):

R = (R₄ + R₃ - R₂ - R₁) + (R_4обр + R_3обр - R_2обр - R_1обр) = ([R_2K + R_2к1 + R₂₄+ R_4K + R_4к2] + [R_2K + R_2к2 + R₄₂+ R_4K + R_4к1] + [R_1K + R_1к1 + R₁₃ + R_3K + R_3к2] +[R_1K + R_1к2 + R₃₁ + R_3K + R_3к1] - [R_3K + R_3к1 + R₃₄ + R_4K + R_4к2] - [R_3K + R_3к2 + R₄₃ + R_4K + R_4к1] - [R_1K + R_1к1 + R₁₂ + R_2K + R_2к2] - [R_1K + R_1к2 + R₂₁ + R_2K + R_2к1]).

Таким образом, то же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю, так же верно решение:

U = (U₄ + U₃ - U₂ - U₁) + (U_4обр + U_3обр - U_2обр - U_1обр) = ([U_2K + U_2к1 + U₂₄+ U_4K + U_4к2] + [U_2K + U_2к2 + U₄₂+ U_4K + U_4к1] + [U_1K + U_1к1 + U₁₃ + U_3K + U_3к2] +[U_1K + U_1к2 + U₃₁ + U_3K + U_3к1] - [U_3K + U_3к1 + U₃₄ + U_4K + U_4к2] - [U_3K + U_3к2 + U₄₃ + U_4K + U_4к1] - [U_1K + U_1к1 + U₁₂ + U_2K + U_2к2] - [U_1K + U_1к2 + U₂₁ + U_2K + U_2к1]) = (U_2K + U_2к1 + U₂₄ + U_4K + U_4к2 + U_2K + U_2к2 + U₄₂+ U_4K + U_4к1 + U_1K + U_1к1 + U₁₃ + U_3K + U_3к2 + U_1K + U_1к2 + U₃₁+ U_3K + U_3к1 - U_3K - U_3к1 - U₃₄ - U_4K - U_4к2 - U_3K - U_3к2 - U₄₃ - U_4K - U_4к1 - U_1K - U_1к1 - U₁₂ - U_2K - U_2к2 - U_1K - U_1к2 - U₂₁ - U_2K - U_2к1).

Т.е.

U = U₂₄ + U₄₂ + U₁₃ + U₃₁ - |U₃₄| - |U₄₃| - |U₁₂| - |U₂₁|. (10)

С учетом того, что при последовательном расположении электрических резистивных сопротивлений R₂₄ = R₂₃ + R₃₄, R₄₂ = R₃₂ + R₄₃, R₁₃ = R₁₂ + R₂₃, R₃₁ = R₂₁ + R₃₂

R = R₂₃ + R₃₄ + R₃₂ + R₄₃ + R₁₂ + R₂₃ + R₂₁ + R₃₂ - R₃₄ - R₄₃ - R₁₂ - R₂₁,

То же верно и для значений падения напряжений, взятых по модулю на сопротивлениях R₂₃, R₃₄, R₃₂, R₄₃, R₂₁, R₃₂

U₂₄ = U₂₃ + U₃₄, U₄₂ = U₃₂ + U₄₃, U₁₃ = U₁₂ + U₂₃, U₃₁ = U₂₁ + U₃₂

Т.е.

U = U₂₃ + U₃₄ + U₃₂ + U₄₃ + U₁₂ + U₂₃ + U₂₁ + U₃₂ - U₃₄ - U₄₃ - U₁₂ - U₂₁ -U₃₂ - U₃₄ - U₄₃ - U₁₂ - U₂₁,

U = 2 * (U₂₃ + U₃₂), (11)

а также с учетом того, что U₂₃ и U₃₂ - 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_изм на искомом резистивном сопротивлении R вычисляется по формуле:

U_изм = U/4 = 2*(U₂₃ + ǀU₃₂ǀ)/4 = [(U₄+U₃-U₂-U₁)+( U_4обр+U_3обр-U_2обр-U_1обр)]/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.