Układ aktywnego mostka zrównoważonego

Podobne dokumenty
Seminarium Elektrycznych Metod i Przyrządów Pomiarowych

ĆWICZENIE NR 43 U R I (1)

LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI

Badanie funktorów logicznych TTL - ćwiczenie 1

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki, Katedra K-4. Klucze analogowe. Wrocław 2017

Podstawy elektrotechniki

Wydział Mechaniczno-Energetyczny Laboratorium Elektroniki. Badanie zasilaczy ze stabilizacją napięcia

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Układy sekwencyjne asynchroniczne Zadania projektowe

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI PROSTOWNIKI

Ćwiczenie 6 WŁASNOŚCI DYNAMICZNE DIOD

Laboratorium Metrologii

( 3 ) Kondensator o pojemności C naładowany do różnicy potencjałów U posiada ładunek: q = C U. ( 4 ) Eliminując U z równania (3) i (4) otrzymamy: =

ĆWICZENIE 5. POMIARY NAPIĘĆ I PRĄDÓW STAŁYCH Opracowała: E. Dziuban. I. Cel ćwiczenia

ĆWICZENIE 6 POMIARY REZYSTANCJI

ZASTOSOWANIE WZMACNIACZY OPERACYJNYCH DO LINIOWEGO PRZEKSZTAŁCANIA SYGNAŁÓW. Politechnika Wrocławska

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Laboratorium Podstaw Pomiarów

Przetworniki analogowo-cyfrowe.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH REZYSTANCYJNYCH CZUJNIKÓW TEMPERATURY

TRANZYSTOROWO-REZYSTANCYJNY UKŁAD KOMPENSACJI WPŁYWU TEMPERATURY WOLNYCH KOŃCÓW TERMOPARY

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

METROLOGICZNE WŁASNOŚCI SYSTEMU BADAWCZEGO

MULTIMETR CYFROWY. 1. CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania, obsługą i możliwościami multimetru cyfrowego

Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Klucze analogowe. Wrocław 2010

ĆWICZENIE 4 Badanie stanów nieustalonych w obwodach RL, RC i RLC przy wymuszeniu stałym

POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁOW NAPIĘCIOWYCH METODĄ PRÓKOWANIA I CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

Regulatory. Zadania regulatorów. Regulator

Temat: Wyznaczanie charakterystyk baterii słonecznej.

METROLOGIA EZ1C

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Dobór przekroju żyły powrotnej w kablach elektroenergetycznych

4.2. Obliczanie przewodów grzejnych metodą dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego

( ) ( ) ( τ) ( t) = 0

Podstawy Elektroniki dla Elektrotechniki

LABORATORIUM PODSTAW OPTOELEKTRONIKI WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH I DYNAMICZNYCH TRANSOPTORA PC817

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTRONIKI Badanie Bramki X-OR

Cyfrowe przetwarzanie sygnału przetwornika obrotowo-impulsowego

Gr.A, Zad.1. Gr.A, Zad.2 U CC R C1 R C2. U wy T 1 T 2. U we T 3 T 4 U EE

ĆWICZENIE 7 POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI I CZASU

Laboratorium Podstaw Pomiarów

BADANIE DYNAMICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

POMIAR NAPIĘCIA STAŁEGO PRZYRZĄDAMI ANALOGOWYMI I CYFROWYMI. Cel ćwiczenia. Program ćwiczenia

Pomiar rezystancji metodą techniczną

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Przełącznikowy tranzystor mocy MOSFET

Układy zasilania tranzystorów. Punkt pracy tranzystora Tranzystor bipolarny. Punkt pracy tranzystora Tranzystor unipolarny

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Laboratorium z PODSTAW AUTOMATYKI, cz.1 EAP, Lab nr 3

Badanie transformatora 3-fazowego

C d u. Po podstawieniu prądu z pierwszego równania do równania drugiego i uporządkowaniu składników lewej strony uzyskuje się:

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

E5. KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

13. Optyczne łącza analogowe

POMIARY REZYSTANCJI. Cel ćwiczenia. Program ćwiczenia

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

... nazwisko i imię ucznia klasa data

imei 1. Cel ćwiczenia 2. Zagadnienia do przygotowania 3. Program ćwiczenia

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

zestaw laboratoryjny (generator przebiegu prostokątnego + zasilacz + częstościomierz), oscyloskop 2-kanałowy z pamięcią, komputer z drukarką,

Wzmacniacze operacyjne

DOBÓR PRZEKROJU ŻYŁY POWROTNEJ W KABLACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

1.1. Bezpośrednie transformowanie napięć przemiennych

Wykład 5 Elementy teorii układów liniowych stacjonarnych odpowiedź na dowolne wymuszenie

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

POLITECHNIKA OPOLSKA

2. Narysuj schemat zastępczy rzeczywistego źródła napięcia i oznacz jego elementy.

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego. Badanie przerzutników

Rozdział 4 Instrukcje sekwencyjne

Ćwiczenie 14 Temat: Pomiary rezystancji metodami pośrednimi, porównawczą napięć i prądów.

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2009/2010 Zadania dla grupy elektrycznej na zawody I stopnia

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego. Badanie liczników

Podstawowe wyidealizowane elementy obwodu elektrycznego Rezystor ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( τ ) i t i t u ( ) u t u t i ( ) i t. dowolny.

METROLOGIA ES1D

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

Wyznaczanie temperatury i wysokości podstawy chmur

AMD. Wykład Elektrotechnika z elektroniką

19. Zasilacze impulsowe

Wyznaczanie wielkości oporu elektrycznego różnymi metodami

BADANIE ZABEZPIECZEŃ CYFROWYCH NA PRZYKŁADZIE PRZEKAŹNIKA KIERUNKOWEGO MiCOM P Przeznaczenie i zastosowanie przekaźników kierunkowych

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

1 Sygnały. Zad 1. Wyznacz wartość średnią, średnia wyprostowaną i skuteczną sygnałów przedstawionych na rysunkach 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

ψ przedstawia zależność

2.1 Zagadnienie Cauchy ego dla równania jednorodnego. = f(x, t) dla x R, t > 0, (2.1)

POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI I PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO SYGNAŁÓW OKRESOWYCH

1 Dana jest funkcja logiczna f(x 3, x 2, x 1, x 0 )= (1, 3, 5, 7, 12, 13, 15 (4, 6, 9))*.

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

Miernictwo - W10 - dr Adam Polak Notatki: Marcin Chwedziak. Miernictwo I. dr Adam Polak WYKŁAD 10

E12. Mostek Wheatstona wyznaczenie oporu właściwego

Ćw. S-II.2 CHARAKTERYSTYKI SKOKOWE ELEMENTÓW AUTOMATYKI

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 19/09. MACIEJ KOKOT, Gdynia, PL WUP 03/14. rzecz. pat.

Ćw. 8 Weryfikacja praw Kirchhoffa

Transkrypt:

Bolesław TYNC Zakład Elekronicznej Aparaury Pomiarowej TYBO Układ akywnego moska zrównoważonego Sreszczenie Arykuł przedsawia oryginalny układ moska rezysancyjnego równoważonego za pomocą elemenu akywnego, kórego rezysancja jes włączana w jedno z jego ramion Cechą znamienną ego układu jes wysępowanie prądu, kóry można mierzyć nie obciążając moska W podanym równaniu równowagi iloraz iloczynów rezysancji naprzeciwległych ramion moska jes równy ilorazowi czasów, kóry może być w prosy sposób digializowany Absrac The paper presens he original acive balanced bridge circui which can be balanced by means of an acive elemen, whose resisance is incorporaed ino one of he bridge branches The characerisic feaure of he acive balanced bridge (AMZ) is he presence of a measuringaccessible curren which can be measured wihou loading he bridge In he provided balance equaion he quoien of producs of he opposie bridge arms resisances equals he quoien of ime-inervals which can be easily digialized (An acive balanced bridge) Słowa kluczowe: mosek zrównoważony, precyzyjne pomiary rezysancji, cyfrowe pomiary rezysancji Keywords: balanced bridge, precise resisance measuremens, digial resisance measuremens doi:101915/pe0140854 Wsęp Celem pracy jes prezenacja oryginalnego układu zrównoważonego moska rezysancyjnego oraz sposobu wykorzysania go w pomiarach w nowoczesnych, zwłaszcza przenośnych i zminiauryzowanych urządzeniach pomiarowych Nowością podaną w pracy jes sposób równoważenia moska rezysancyjnego za pomocą elemenu akywnego, kórego rezysancja jes włączana w jedno z ramion moska oraz układ realizujący en sposób, kóry nazwano akywnym moskiem zrównoważonym (AMZ) Nowością jes akże uogólnione równanie równowagi moska rezysancyjnego zasilanego prądem sałym Na bazie AMZ można budować analogowe lub analogowo-cyfrowe przeworniki pomiarowe rezysancji lub relacji między rezysancjami Mogą o być np przeworniki zmian (przyrosu) rezysancji, względnych zmian rezysancji lub ilorazu rezysancji (np przekładni napięciowej dzielnika rezysancyjnego) AMZ mogą być wykorzysane akże do dokładnego pomiaru wielkości nieelekrycznych akich jak: emperaura, ciśnienie, siła, masa, naprężenia, wilgoność, przepływ, a akże energia (np ciepło) W środowisku merologów są dobrze znane liczne zaley wynikające z możliwości zasosowania moska zrównoważonego do pomiarów rezysancji Od ponad su la moski zrównoważone, wielodekadowe równoważone ręcznie lub auomaycznie, były sosowane do najdokładniejszych pomiarów Jednak wraz z rozwojem cyfrowej echniki pomiarowej ich przydaność zmalała Brak sygnału wyjściowego nie pozwala na połączenie (w znany i powszechnie sosowany w echnice cyfrowej sposó moska zrównoważonego z przewornikiem analogowocyfrowym Układy AMZ posiadają znane właściwości moska zrównoważonego, a dodakowo umożliwiają uzyskanie wyniku pomiaru w posaci cyfrowej, bez porzeby dołączania przewornika analogowo-cyfrowego Ponado mają wiele nowych korzysnych właściwości merologicznych Auor pracy od wielu la zajmuje się konsruowaniem przyrządów pomiarowych, w kórych wykorzysuje oryginalne [1-14] analogowo-cyfrowe przeworniki pomiarowe rezysancji posiadające właściwości mosków zrównoważonych W pracy [15] przedsawił e układy jako nową klasę układów moskowych Odkrycie AMZ [16] uławia przejrzyse opracowanie podsaw eoreycznych działania rezysancyjnych mosków zrównoważonych, opisanych bardziej ogólnym równaniem, niż znany warunek równowagi moska Wheasone a W pierwszym rozdziale przedmio pracy przedsawiono na le podobnych rozwiązań znanych z lieraury, podano moywy opracowania akiego rozwiązania oraz wskazano jakie wady ono powinno eliminować i jakie zaley posiadać W drugim rozdziale opisano konsrukcję i zasadę działania AMZ Trzeci rozdział opisuje podsawową przełączaną srukurę AMZ oraz wykorzysanie ej srukury w pomiarach W czwarym rozdziale wymieniono najisoniejsze właściwości podsawowego przełączanego układu AMZ oraz podano wyniki wzorcowania miernika skonsruowanego w oparciu o analizowany układ W podsumowaniu zawaro informacje o ym, w jaki sposób w pracy wykazano przydaność AMZ w nowoczesnej merologii Zwrócono uwagę na ograniczony zakres przeprowadzonych analiz Wymieniono isone właściwości AMZ, kórych nie opisano w ej pracy Wskazano na porzebę dalszego rozwoju AMZ i dalszego opracowania podsaw eoreycznych Wprowadzenie Przedmioem arykułu jes prezenacja i opis konsrukcji AMZ oraz wyjaśnienie jego zasady działania Podano zależność wiążącą warość dosępnego pomiarowo prądu płynącego przez rezysancję dołączanego elemenu akywnego z pozosałymi rezysancjami włączonymi w ramiona moska Nasępnie opisano srukurę przełączaną AMZ oraz podano uogólniony warunek równowagi moska rezysancyjnego, kóry w szczególnym przypadku sprowadza się do równania równowagi moska Wheasone a ys1 Schema zrównoważonego moska Wheasone a z przyjęymi oznaczeniami Opracowany przez Chrisie go w 18 roku, powszechnie znany czeroramienny mosek rezysancyjny (rys 1) jes zrównoważony, gdy iloraz iloczynów rezysancji naprzeciwległych ramion ego moska jes sały i równy 1 (1) 0 PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014

(1) 1 4 W znanych aplikacjach zrównoważonego moska Wheasone a nie wysępuje dosępny pomiarowo sygnał (prądowy bądź napięciowy), kóry można by wykorzysać do dalszego przewarzania np w przeworniku analogowocyfrowym Układ en nie jes sosowany w miniaurowych przewornikach pomiarowych, a zwłaszcza w przewornikach z cyfrową ekspozycją wyniku W mosku Wheasone a digializację wyniku pomiaru uzyskiwano przez odczy warości usawionej (najczęściej ręcznie) na oporniku wielodekadowym włączonym w ramieniu moska Opracowywane i sosowane przez auora (począwszy od 1987 roku [1]) moskowe przeworniki [17] wyróżniają się ym, że dają wynik pomiaru w posaci cyfrowej i bardzo dobrze nadają się do miniauryzacji, a przy ym zachowują właściwości mosków zrównoważonych Pierwszy moskowy przewornik rezysancji auor opracował poszukując niedrogiego, a zarazem precyzyjnego przewornika do pomiaru rezysancji ermorezysora, projekując cyfrowy ermomer [8] Korzysne właściwości ego układu, powierdzone przez badania goowego produku w niezależnych laboraoriach oraz wielu znanych i uznanych użykowników, sały się przyczyną do dalszych poszukiwań Prace badawcze zakończono sukcesem w posaci układu moska z ensomerami, w kórym cyfrowy wynik jes wpros proporcjonalny do względnej zmiany rezysancji ensomerów W układzie ym, względne zmiany rezysancji ensomerów są porównywane z wzorcem w posaci ilorazu czasów Odkrywanie kolejnych właściwości było moywem do dalszych poszukiwań oraz podjęcia pracy prowadzącej do weryfikacji naukowej [15] ych układów Zdefiniowanie AMZ [16] pozwoliło wskazać wysępowanie, dosępnego pomiarowo, prądu płynącego przez ramię moska zrównoważonego i sało się moywem do podjęcia prac prowadzących do opracowania i publikacji podsaw eoreycznych ych układów Układy AMZ eliminują isoną wadę w sosunku do zrównoważonego moska rezysancyjnego Wheasone a brak możliwości wykorzysania w przewornikach cyfrowych Eliminują również wady układów z przewornikami analogowo-cyfrowymi Zasępując dwa eapy przewarzania (/U oraz a/c) jednym, uniezależniają pomiar od wpływu niedoskonałości elemenów, kóre w AMZ nie są porzebne (rezysory, wzmacniacze) AMZ posiadają wiele zale, widocznych zwłaszcza w przepadku pomiaru małych zmian rezysancji lub bardzo małych względnych zmian rezysancji Charakeryzują się dużą czułością bez porzeby sosowania precyzyjnego wzmacniacza pomiarowego Wzorcem dla pomiaru ilorazu rezysancji jes iloraz czasów, ławy do uzyskania z dużą dokładnością Ponado w AMZ, można uzyskiwać wiele nowych korzysnych właściwości merologicznych, np zrównoważenie, z zasady niezrównoważonego, moska z ensomerami Mosek równoważony rezysancją elemenu akywnego Działanie układu AMZ przeanalizowano na podsawie schemau przedsawionego na rysunku Do jednego z ramion moska Wheasone a (rys dołączono elemen akywny serowany sygnałem przekąnej pomiarowej moska (CD), w en sposób, że rezysancja ( 4A ) ego ramienia (dalej nazywana rezysancją akywną) zawsze przyjmuje warość spełniającą warunek równowagi () moska () 1 4 A Funkcje elemenu akywnego może spełniać wzmacniacz różnicowy (rys w układzie wórnika napięciowego Mosek aki jes zawsze zrównoważony o ile wydajność prądowa wzmacniacza nie jes przekroczona Przez rezysancję akywną 4A płynie prąd I o warości określonej równaniem (): () c) U U I 4 A AB 1 ys Akywny mosek zrównoważony: schema ogólny, realizacja z użyciem wzmacniacza operacyjnego, c) schema zasępczy Na rysunku przedsawiono syuację, gdy równolegle z rezysancją akywną 4A włączono rezysor 4 (rys spełniający zależność (4): 4 (4) Wedy rezysancja zasępcza ramienia AD (5): 4 4A (5) 4Z 4 4A spełnia warunek równowagi moska ezysancja akywna 4A przyjmuje warość (6): (6) 1 4 4A 4 Przez rezysancję akywną 4A płynie prąd I > 0 o warości określonej równaniem (7): PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014 1

(7) I U U 1 AB 4 A 4 c) ys Srukura AMZ z rezysorem 4 : rezysancje ramion, realizacja z użyciem wzmacniacza operacyjnego, 4 1 dla c) schema zasępczy Na podsawie rysunku 4 przeanalizowano syuację, gdy pomiędzy rezysancjami 1,,, 4 zachodzi relacja odwrona do (4), czyli (8): (8) 4 Wedy równoważenie moska (rys 4 jes realizowane przez równoległe dołączenie rezysancji akywnej A do rezysancji Zapewnia o en sam układ ze wzmacniaczem operacyjnym (rys ezysancja zasępcza ramienia DB (9): A (9) Z A spełnia warunek równowagi moska ezysancja akywna A przyjmuje warość (10): (10) 1 4 A 4 Przez rezysancję akywną A płynie prąd I < 0 o warości określonej równaniem (11): (11) U U AB I A 4 / / ys4 Srukura AMZ dla 4 1 : rezysancje ramion, schema zasępczy Podobnie jak o pokazano dla ramienia AD (rys ), akże w ramieniu DB może wysępować ylko rezysancja akywna A ( = ) Wedy równania (10) i (11) upraszczają się do (1) i (1): (1) (1), I A 4 U 1 AB 4 W syuacji szczególnej, gdy rezysancje 1,,, 4 spełniają warunek równowagi (1) rezysancje akywne nie są dołączane do ramion moska Wzmacniacz operacyjny w układzie wórnika napięciowego (rys nie wpływa na pracę układu ezysancje akywne przyjmują warości równe nieskończoności ( A = 4A = ), prąd I =0 Opisany układ moska auomaycznie równoważonego przez dosrajanie rezysancji elemenu akywnego dołączanego do jednego z jego ramion nazwano akywnym moskiem zrównoważonym Cechą znamienną AMZ jes wysępowanie dosępnego pomiarowo prądu, kóry można mierzyć nie obciążając moska ys5 ealizacja AMZ z zaznaczonym miejscem pomiaru prądu I; Z O impedancja wejściowa układu pomiarowego Układ AMZ zrealizowany z użyciem wzmacniacza operacyjnego pozwala w ławy sposób zmierzyć prąd I, kóry w zależności od konfiguracji układu jes określony równaniami () lub (7) lub (11) lub (1) Na rys 5 pokazano miejsce włączenia układu pomiarowego o impedancji PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014

wejściowej Z O Mierząc prąd I amperomierzem (wedy Z O = O ) należy ak dobrać jego rezysancję wejściową O, żeby spadek napięcia na ej rezysancji nie przekroczył warości dopuszczalnych dla liniowej pracy wzmacniacza operacyjnego Przy zachowaniu ego warunku układ mierzący prąd I nie obciąża moska: nie wpływa na warość prądu I, ani na zrównoważenie AMZ Przy spełnieniu określonych warunków, prąd I można również mierzyć układem o wejściu pojemnościowym (Z O = C) Taką syuację opisano w nasępnym rozdziale Akywny mosek zrównoważony o przełączanej srukurze W wielu przyrządach pomiarowych zasosowano AMZ o przełączanej srukurze Podsawowy układ AMZ z jednym przełącznikiem pokazano na rysunku 7 Konsrukcja ego układu pozwala na uzyskanie dwu różnych konfiguracji AMZ Konfiguracje e różnią się polaryzacją prądu I płynącego przez dołączaną rezysancję akywną Przy odłączonej rezysancji 4 (rys 6a, konfiguracja oznaczona indeksem o ) prąd I = I o > 0 Przy dołączonej rezysancji 4 (rys 6b, konfiguracja z ) prąd I = -I z < 0 Kondensaor C jes włączony szeregowo z rezysancją akywną (rys 7), przez kórą płynie prąd I Podczas gdy przełącznik P jes owary, przez czas o prąd I = I o > 0 dosarcza do kondensaora C ładunek Q o Przy zamknięym przełączniku P, przez czas z prąd I = -I z < 0 rozładowuje kondensaor C ładunkiem Q z Odmierzanie jednakowych porcji ładunku odbywa się przez deekcję jednakowej warości napięcia U c na kondensaorze Komparaor wykrywający jednakowe porcje ładunku włączony jes na wejściu układu serującego przełącznikiem (KO+UC, rys 7) Z równości ładunków (16) wynika (17): (17) o Iz 1 U ABz 1 z I o 4 U ABo ys7 AMZ z jednym przełącznikiem umożliwiającym odłączanie i dołączanie rezysancji 4 ys6 Dwie konfiguracje AMZ różniące się polaryzacją prądu płynącego przez rezysancję akywną: z odłączonym rezysorem 4 4, z dołączonym rezysorem 4 ( ) W układzie z odłączoną rezysancją 4 (rys 6 przez okres czasu o prąd I = I o > 0 niesie ładunek Q o (14) (14) Q o I o o Przy dołączonej rezysancji 4 (rys 6 przez okres czasu z prąd I = -I z < 0 niesie ładunek Q z (15) (15) Q z I z z Działanie układu przełączanego AMZ polega na cyklicznym przełączaniu pomiędzy ymi dwiema konfiguracjami AMZ w aki sposób, że w każdej z dwu faz cyklu przez dołączoną rezysancję akywną przepływa ładunek o akiej samej warości: (16) Qo Qz Takie serowanie układem pozwala wykorzysać kondensaor do odmierzania jednakowych porcji ładunku Gdy napięcie zasilania ma jednakową warość podczas obu faz pomiaru ( U ABz U ABo ), wedy w równaniu moska napięcie redukuje się ównanie (17) zapisuje się w posaci (18): o (18) 1 lub (19) (19) z 1 4 4 gdzie: x = o + z jes czasem cyklu pomiarowego z x Oznacza o, że przełączany AMZ jes niezależny od warości napięcia Zależność (19) jes równaniem równowagi przeanalizowanego przełączanego AMZ z jednym przełącznikiem Pomiar rezysancji przełączanym AMZ polega na wyznaczeniu ilorazu czasów z / x Można o zrobić np mierząc czas cyklu pomiarowego x przy zadanym czasie z Możliwe jes akże akie serowanie układami przełączanymi AMZ, żeby ładunki każdej z dwu faz cyklu były sumowane, dla wielu kolejno po sobie nasępujących cykli Wedy suma ładunku pierwszej fazy, dla wielu cykli, jes równa sumie ładunku drugiej fazy, dla ych samych cykli Wedy, zamias czasu pojedynczego cyklu x można mierzyć częsoliwość przełączania przełącznika fx 1/ x W akim przypadku, czas pomiaru T musi obejmować wiele cykli o czasach x Przy odpowiednim zsynchronizowaniu, sygnału serującego przełącznikiem z czasem pomiaru rwającym wiele cykli, warunek równowagi (19) przyjmuje posać (0), PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014

(0) N k x 4, W równaniu ym, N x jes liczbą załączeń klucza na określony czas z, w określonym czasie pomiaru T k jes liczbą dokładną, zaprogramowaną w układzie cyfrowym Iloraz liczb Nx / k jes równy ilorazowi: sumy czasów załączenia klucza w czasie pomiaru T, do całkowiego czasu pomiaru T Z przeprowadzonych analiz wynika, że przełączane srukury AMZ mają właściwości mosków zrównoważonych Przy ym mają sygnał wyjściowy będący funkcją rezysancji ramion moska (19) Ponado en sygnał wyjściowy może mieć posać cyfrową (0), bez dołączania przewornika analogowo-cyfrowego Właściwości AMZ Właściwości merologiczne AMZ, przeanalizowano porównując równanie równowagi (19) przełączanego AMZ, z równaniem równowagi moska Wheasone a (1) Jednakowo w obu równaniach, iloraz iloczynów rezysancji naprzeciwległych ramion moska (IINM): - jes sały - nie jes zależny od napięcia zasilania moska Te dwie cechy, podsumowują powszechnie znane korzysne właściwości merologiczne mosków zrównoważonych prądu sałego ównania (1) i (19) różnią się wyrażeniami sojącymi po prawej sronie - w zrównoważonym mosku Wheasone a - IINM musi być równy 1, - w przełączanym AMZ - IINM jes równy ilorazowi czasów Oznacza o, że mosek Wheasone a można zrównoważyć wyłącznie przez dosrojenie rezysancji ramion Przełączany AMZ jes zrównoważony dla różnych rezysancji ramion To równoważenie odbywa się auomaycznie, przez dosrojenie ilorazu czasów Sąd wynika wiele oryginalnych właściwości oraz możliwości zasosowania AMZ Podsawowe właściwości AMZ, opisano na przykładzie moska z jednym przełącznikiem (rys 7) o równaniu równowagi (0) W mosku akim: - charakerysyka sayczna opisana jes równaniem (1): (1) N 4 x k - wielkość wyjściowa N x (liczba impulsów załączających przełącznik na zadany czas z w czasie pomiaru T k z ): - jes funkcją wyłącznie rezysancji ramion moska, - nie jes zależna od warości napięcia zasilania układu, ani od warości jakichkolwiek innych napięć odniesienia, - nie jes zależna od częsoliwości generaora, wyznaczającego czas załączenia przełącznika oraz czas pomiaru, - jes w posaci cyfrowej - liczba k (dokładn jes paramerem programowanym w układzie cyfrowym Mosek en umożliwia: - bezpośrednie porównanie, sosunku rezysancji ze sosunkiem czasów (19), bez dodakowego przewarzania Jes o najprosszy układ bezpośredniego porównania, sosunku rezysancji ze sosunkiem czasów, - bezpośrednie wskazanie warości rezysancji, kondukancji lub sosunku rezysancji (lub kondukancji), - bezpośrednie porównanie dwu dzielników rezysancyjnych o różnych przekładniach: () k 4, Nx porównywane sosunki rezysancji lub kondukancji nie muszą być nominalnie jednakowe, ale mogą się różnić np o rząd Daje o możliwość bezpośredniego porównania, dwu różnych sosunków rezysancji, z rozdzielczością wynikającą z doboru liczb N x oraz k Analizowany układ AMZ o charakerysyce saycznej określonej równaniem (1), wykorzysano min do skonsruowania miernika małych rezysancji Oczekiwano uzyskania nasępujących paramerów merologicznych: - zakres pomiarowy: 0-000 mω - rozdzielczość 1 mω - prąd pomiarowy 5 ma - dokładność 0,1 % wm ± 1 cyfra Tabela 1 Wyniki wzorcowania Miernik nr 1 Wn warość nominalna, Ww śr wskazanie wzorcowanego przyrządu średnie, Wr warość poprawna, U niepewność pomiaru Lp Wn Ww śr Wr Ww śr-wr U [mω] [mω] [mω] [mω] [mω] 1 100 100 100,0 0,0 0,6 00 9 9, -0, 0,6 500 58 58,8-0,8 0,7 4 1000 109 109,7-0,7 0,8 5 1500 158 159,4-1,4 0,9 6 1900 190 19,9 -,9 0,9 Tabela Wyniki wzorcowania Miernik nr Lp Wn Ww śr Wr Ww śr-wr U [mω] [mω] [mω] [mω] [mω] 1 100 101 100,0 1,0 0,9 00 00 198,5 1,5 0,7 500 501 499,4 1,6 0,7 4 1000 998 998,4-0,4 0,8 5 1500 1498 1498, -0, 0,9 6 1900 1898 1898, -0, 0,9 ys8 Charakerysyka idealna cyfrowego miernika małych rezysancji z zaznaczonymi punkami wzorcowania dwóch mierników Układ zrealizowano w mosku (rys 7) zasilanym napięciem U AB = 5V ezysor mierzony włączono w ramię CB ( x = ) Prąd pomiarowy płynący przez rezysor 4 PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014

mierzony usalono przyjmując warość rezysora 1 = 1 kω W ej syuacji równanie (1) przyjmuje posać (): 4 () Nx 10 k x, Warości rezysorów 1 i 4 oraz liczbę k dobrano ak, że równanie () przyjęło posać (4): (4) Nx x Tak skonsruowane dwa mierniki poddano badaniom w laboraorium wzorcującym, akredyowanym przez PCA W abelach 1 i zamieszczono wyniki przeprowadzonego wzorcowania Na rys 8, zaznaczono wyniki wzorcowania, na le charakerysyki idealnej projekowanego miernika Z analizy uzyskanych danych wynika, że charakerysyki badanych urządzeń spełniają zdefiniowane wcześniej oczekiwania Charakerysyka jes liniowa Błędy mieszczą się w założonym przedziale Podsumowanie W pracy przeanalizowano oryginalny, zgłoszony do ochrony paenowej [16] układ akywnego moska zrównoważonego Pokazano, że jes o mosek, kóry jes zrównoważony akże wedy, gdy warości rezysorów włączonych w jego ramiona nie spełniają warunku równowagi moska Wheasone a Podkreślono cechę znamienną ego układu dosępność pomiarową prądu płynącego w ramieniu moska Wskazano możliwości pomiaru ego prądu w aki sposób, że impedancja wejściowa układu mierzącego nie zakłóca go i nie obciąża moska Opisano podsawowy układ przełączanego akywnego moska zrównoważonego, w kórym do pomiaru prądu w ramieniu moska wykorzysano kondensaor Wyprowadzono równanie równowagi podsawowego przełączanego AMZ ównanie o w szczególnym przypadku sprowadza się do równania równowagi moska Wheasone a Analizując o równanie wymieniono wiele nowych, korzysnych właściwości merologicznych, kóre umożliwiają szerokie wykorzysanie moska zrównoważonego we współczesnej, zwłaszcza cyfrowej echnice pomiarowej Zamieszczono wyniki wzorcowania cyfrowego miernika małych rezysancji, skonsruowanego w oparciu o analizowany układ przełączanego AMZ W pracy nie zamieszczono opisu, wspomnianych we wsępie, układów AMZ umożliwiających bezpośredni pomiar przyrosów rezysancji, względnych zmian rezysancji, przekładni napięciowej dzielnika rezysancyjnego Nie wspomniano o możliwości budowania, układów przełączanych z więcej niż jednym przełącznikiem Temay e i inne pozosają do uwzględnienia w dalszych badaniach i kolejnych opracowaniach Moski, o warunku równowagi bardziej ogólnym niż znany warunek równowagi moska Wheasone a, nie są opisywane w lieraurze Teoreyczne podsawy działania 1 ych układów, nie zosały jeszcze opracowane Auor ma nadzieję, że w ej pracy udało mu się, w miarę przejrzyście i zrozumiale, poczynić pierwszy mały krok w kierunku opracowania ych podsaw LITEATUA [1] Tync B, Sposób pomiaru rezysancji i układ do pomiaru rezysancji, Opis paenowy, paen nr 14659 (1987) [] Tync B, Sposób pomiaru zmian rezysancji i układ do pomiaru zmian rezysancji, Opis paenowy, paen nr 177467 (1995) [] Tync B, Moski ybo Isoa, możliwości i zasosowanie oryginalnych przeworników analogowo-cyfrowych, Krajowy Kongres Merologii, (001) [4] Tync B, Moski ybo oryginalne przeworniki analogowocyfrowe, Elekronizacja, (00), n9, 1- [5] Tync B, Moski ybo ładunkowo równoważone układy jako oryginalne przeworniki analogowo-cyfrowe, Pomiary Auomayka Konrola, (00), n, 6-8 [6] Tync B, Moski ybo nowa meoda przewarzania analogowo-cyfrowego, Konferencja AUOMECON, Poznań (00), zbiór referaów, 0-4 [7] Tync B, Moski ybo ładunkowo równoważone układy jako oryginalne przeworniki analogowo-cyfrowe, Konferencja: Sysemy pomiarowe w badaniach naukowych i w przemyśle, Zielona Góra (00) [8] Tync B, Ładunkowo równoważony układ moskowy do pomiaru emperaury, Konferencja: Podsawowe Problemy Merologii, Usroń (00), 67-78 [9] Tync B, Układ do pomiaru emperaury wykorzysujący mosek z ermorezysorem równoważony ładunkowo, Praca magiserska, Gliwice (004), [10] Tync B, Ładunkowo równoważony układ moskowy o dwuprądowym zasilaniu, Międzyuczelniana Konferencja Merologów, Usroń (004), 77-84 [11] Skubis T, Tync B, Cyfrowe pomiary rezysancji moskami zrównoważonymi, Międzynarodowe Seminariium Merologów, zeszów (004), 159-170 [1] Skubis T, Tync B, Cyfrowe pomiary rezysancji moskami zrównoważonymi, Pomiary Auomayka Konrola, (004), n1, 5-8 [1] Tync B, Skubis T, Analogowo-cyfrowe moski prądu sałego, Kongres Merologii - Pomiary Auomayka Konrola, (007), n9bis, 68-686 [14] Tync B, Ładunkowo równoważony mosek rezysancyjny jako przewornik analogowo-cyfrowy, Sympozjum: Merologiczne Właściwości Programowanych Przeworników Pomiarowych, Gliwice (007) [15] Tync B, Analogowo-cyfrowe zrównoważone moski rezysancyjne, ozprawa dokorska, Gliwice (007) [16] Tync B, Układ akywnego moska zrównoważonego oraz sposób i układ pomiarowy z wykorzysaniem akywnego moska zrównoważonego, Opis paenowy zgłoszenie nr P8500 (008) [17] Chwaleba A, Poniński M, Siedlecki A, Merologia Elekryczna, WNT, wydanie XI zm, Warszawa (014) Auor: dr inż Bolesław Tync, Zakład Elekronicznej Aparaury Pomiarowej TYBO Bolesław Tync, ul Mikołowska /, 41-400 Mysłowice, E-mail: ync@ybopl PZEGLĄD ELEKTOTECHNICZNY, ISSN 00-097, 90 N 8/014 5