CZ308900B6 - Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru - Google Patents

Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru Download PDF

Info

Publication number
CZ308900B6
CZ308900B6 CZ2018158A CZ2018158A CZ308900B6 CZ 308900 B6 CZ308900 B6 CZ 308900B6 CZ 2018158 A CZ2018158 A CZ 2018158A CZ 2018158 A CZ2018158 A CZ 2018158A CZ 308900 B6 CZ308900 B6 CZ 308900B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
parallel
resistors
resistance
resistive sensor
resistor
Prior art date
Application number
CZ2018158A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2018158A3 (cs
Inventor
Petr FRYČÁK
Fryčák Petr doc. RNDr., Ph.D.
Original Assignee
Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Palackého v Olomouci filed Critical Univerzita Palackého v Olomouci
Priority to CZ2018158A priority Critical patent/CZ308900B6/cs
Priority to US17/043,602 priority patent/US11366148B2/en
Priority to PCT/CZ2019/050014 priority patent/WO2019185070A1/en
Publication of CZ2018158A3 publication Critical patent/CZ2018158A3/cs
Publication of CZ308900B6 publication Critical patent/CZ308900B6/cs

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/08—Circuits for altering the measuring range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2889—Interfaces, e.g. between probe and tester
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C29/00—Checking stores for correct operation ; Subsequent repair; Testing stores during standby or offline operation
    • G11C29/56—External testing equipment for static stores, e.g. automatic test equipment [ATE]; Interfaces therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Rezistivní senzor (5) je zapojený do série se soustavou (3) paralelně zapojených rezistorů s volitelnou hodnotou odporu a zdrojem (7) periodického průběhu napětí. Výstupní potenciál na uzlu mezi soustavou (3) paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem (5) je funkcí odporu senzoru. Zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru (5) zahrnuje zdroj (7) periodického průběhu napětí, aktivně řízenou rezistorovou síť a rezistivní senzor (5). Výstupy zdroje (7) periodického průběhu napětí jsou zapojené na výstup soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů a na výstup rezistivního senzoru (5). Výstupy soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů jsou zapojené na výstup zdroje (7) periodického průběhu napětí a na výstup rezistivního senzoru (5). Jde tedy o zapojení v odporovém děliči napětí s automatickou volbou odporu děliče a využití tohoto zařízení pro měření časově proměnlivého odporu senzoru.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká měření odporu senzoru, které je především pro vyšší přesnost, rychlost a bezpečnost procesu řízeno odporovým děličem s automatickou volbou rezistoru děliče.
Dosavadní stav techniky
Snímání řady fyzikálních a fyzikálně chemických veličin (např. teplota, světelný tok, deformace, koncentrace) je uskutečňováno s využitím rezistivních senzorů, kdy hodnota odporu senzoru je v určitém kauzálním vztahu s hodnotou měřené veličiny. Pro určení odporu senzoru existují různé měřicí metody. Principiálně jde o zapojení senzoru do jednoduchého děliče napětí s rezistorem o známé hodnotě odporu, zapojení do odporového můstku, měření úbytku napětí při průchodu známého vnuceného proudu a měření nebo integrace procházejícího proudu při známém vloženém napětí. Tato řešení jsou představena např. v dokumentu GB 1403818 A. Výběr konkrétního způsobu měření je prováděn s ohledem na požadované parametry výsledného zařízení, jako je citlivost, rozsah hodnot odporu odpovídající plnému rozsahu hodnot měřené veličiny, rychlost odezvy, spotřeba energie, jednoduchost, spolehlivost, výrobní náklady apod.
Z hlediska citlivosti a rozsahu je možné hrubé třídění senzorů do dvou skupin: (i) plný rozsah hodnot snímané veličiny odpovídá pouze malému rozsahu odporu senzoru; (ii) plný rozsah hodnot snímané veličiny odpovídá změně odporu senzoru o několik řádů. Senzory v první skupině je vhodné zapojovat do můstkového uspořádání. V případě senzorů vyznačujících se řádovou změnou odporu je výhodné, aby obvod pro zpracování signálu umožňoval změnu citlivosti podle aktuální hodnoty odporu senzoru. To zajistí, že měření je prováděno s dostatečným rozlišením v celém rozsahu 30 hodnot odporu. Je-li výstupem snímacího obvodu velikost napětí (Uout), lze citlivost (s) definovat následujícím vztahem:
Při zapojení senzoru o odporu Rs do děliče napětí s rezistorem Rd a aplikovaným napětím Uin byl pro citlivost odvozen následující vztah:
,·/ ( i 1 z?
; = -RJJ ί .................. = ......' s . J.ý . (2|
- v
Citlivost při zapojení v děliči je maximální pro Rd = Rsa klesá cca na třetinu maximální hodnoty, pokud je hodnota odporu rezistoru Rd zvýšena nebo snížena o jeden řád při konstantním odporu senzoru Rs.
Rozlišení měření je možné definovat pomocí minimální detekovatelné relativní změny odporu senzoru (AminRs/Rs) odpovídající minimální měřitelné změně výstupního napětí AminUout v daném zapojení senzoru. Veličina AminRs/Rs v podstatě udává, jaká je minimální procentuální změna odporu senzoru postřehnutelná daným měřicím zařízením; čím nižší je AminRs/Rs, tím vyšší je rozlišení měření. Odvození vztahu pro závislost rozlišení na poměru odporu senzoru Rs a rezistoru děliče Rd začíná vztahem pro výstupní napětí při zapojení senzoru do děliče napětí (obr. 1):
-1 CZ 308900 B6
kde Uin je napětí aplikované na dělič.
Rozdíl výstupního napětí pro dvě různé hodnoty odporu senzoru Rs,i a Rs,2 je odkud lze vyjádřit odpor senzoru Rs,2 jako funkci Rs,i a AU0Uť.
a minimální detekovatelnou relativní změnu odporu senzoru pak lze vyjádřit jako
Výše uvedený vztah platí za podmínky Rs,2 —>Rs,i (= Rs), tj. pro malé změny odporu v porovnání s celkovým odporem senzoru. Závislost AminRs/Rs (v procentuálním vyjádření) na poměru RdRs pro Uin = 1 V a AminUout = 1 mV (přibližně odpovídá měření 10-bitovým ADC s rozsahem 0 až 1 V) je zobrazena na obr. 2. Je zřejmé, že rozlišení měření se podstatně zhoršuje, pokud se Rd a Rs liší více než o jeden řád.
Rezistor děliče je tedy třeba volit s ohledem na optimální citlivost a rozlišení měření, které závisí na odporu senzoru. Při změně odporu senzoru v širokém rozmezí nemusí být jediný rezistor dostatečný a měřicí obvod musí obsahovat více rezistorů, které se do děliče zařazují manuálním nebo elektronickým voličem podle aktuální hodnoty odporu senzoru.
Zejména v případě vysokého odporu senzoru, a tedy i rezistorů děliče (ΜΩ a vyšší), je měření komplikováno elektromagnetickou interferencí (EMI), která je účinně zachycována přívodními vodiči. EMI se šíří prostorem ze zdrojů jako jsou rozvody elektrické energie, spínané zdroje a různá další elektrická a elektronická zařízení. Vliv EMI lze omezit pomocí různých opatření, např. stíněním vodičů a měřicí aparatury nebo zvýšením aplikovaného napětí Uin. V závislosti na požadovaných parametrech zařízení a okolnostech jeho použití mohou být nicméně taková opatření nevhodná. Stínění zvyšuje prostorové nároky a může komplikovat instalaci senzoru do měřeného prostředí. Zvýšení aplikovaného napětí (např. na desítky nebo stovky voltů) kromě omezení vlivu EMI zvyšuje i rozlišení (platí při zachování AminUout, viz vztah (6)). Nevýhodou je riziko vyvolání elektrochemických změn v senzoru (senzory vlhkosti) a nutnost zajistit odpovídající zdroj; překážkou je u tohoto přístupu omezené maximální vkládané napětí některých typů senzorů.
Nevýhody současného stavu techniky tak spočívají v nutnosti stínění elektromagnetické
- 2 CZ 308900 B6 interference, způsobené přítomností externích elektrických polí, například z rozvodů elektřiny ve zdech, vyzařování elektronických zařízení v okolí. Negativním důsledkem použití vysokého napětí je možné poškození senzoru a snížení bezpečnosti práce s měřicím zařízením. Soudobá řešení tak nenabízejí měřicí zařízení s vysokou citlivostí spojenou s širokým rozsahem změny odporu senzoru.
Účelem vynálezu je určovat odpor senzoru v širokém rozsahu hodnot, s možností automatické volby citlivosti na základě aktuální hodnoty odporu senzoru, s co nejvyšší vzorkovací rychlostí a za použití nízkého napětí.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky odstraňuje nový způsob měření odporu rezistivního senzoru zahrnující rezistivní senzor sériově zapojený s soustavou paralelně zapojených rezistorů a zdrojem periodického průběhu napětí, přičemž soustavu paralelně zapojených rezistorů tvoří jednotlivé větve obsahující rezistor a spínací prvek, kterým může být unipolámí tranzistor. Pomocí spínacích prvků jsou pak do obvodu zapojovány jednotlivé větve soustavy paralelně zapojených rezistorů, respektive rezistory, čímž dochází ke změně celkového odporu děliče, který je dán hodnotou paralelně zapojených odporů RO-Rn.
Napětí na uzlu mezi rezistivním senzorem a soustavou paralelně zapojených rezistorů je funkcí odporu rezistivního senzoru, přičemž toto napětí je sledováno operačním zesilovačem zapojeným jako sledovač napětí nebo jiným zařízením umožňujícím sledovat hodnotu napětí.
Výhoda vynálezu spočívá ve vysokém rozsahu citlivosti měřicího zařízení díky možnosti řádové změny odporu zapojením jednotlivých větví soustavy paralelně zapojených rezistorů. Další výhodou je použití střídavého napětí o nízké amplitudě, což má za důsledek větší bezpečnost práce s měřicím zařízením. Dále nehrozí poškození senzoru vlivem vysokého napětí.
S výhodou lze ve větvi soustavy paralelně zapojených rezistorů použít sériové zapojení dvou a více zařazovacích tranzistorů, což má za důsledek zvýšení vstupního odporu dané větve, která tak nebude způsobovat projevy parazitního odporu, pokud nebude zapojena v obvodu.
Další výhodou vynálezu je potlačení parazitických kapacit mezi elektrodami DRAIN a GATE zařazovacích tranzistorů případně mezi elektrodami SOURCE a GATE zařazovacích tranzistorů prostřednictvím superpozice výstupu sledovače napětí na elektrody GATE zařazovacích tranzistorů, což umožňuje zvýšit použitou frekvenci vkládaného napětí, a tedy i rychlost odezvy zařízení.
Ve výhodném provedení obsahuje soustava paralelně zapojených rezistorů, alespoň dvě paralelně zapojené větve. S výhodou pak hodnoty odporů předřadných rezistorů tvoří geometrickou řadu. To má za důsledek zvýšení rozsahu citlivosti měřicího zařízení, které tak lze použít i za předpokladu řádových změn odporu rezistivního senzoru.
Další výhoda vynálezu spočívá v použití analogového nebo digitálního filtru na výstupu operačního zesilovače, který propouští pouze frekvenci zdroje napětí, důsledkem čehož pak nedochází k rušení vlivem elektromagnetické interference přítomné z externích elektrických polí.
Ve výhodném provedení je pak v aktivně řízené rezistorové síti trvale zařazen předřadný rezistor R0, přičemž hodnota odporu tohoto rezistorů je nižší než vstupní impedance operačního zesilovače. V tomto provedení je pak maximální hodnota celkového odporu soustavy paralelně zapojených rezistorů daná hodnotou odporu předřadného rezistorů R0.
Principiálně může být vynález vyhotoven ve dvou provedeních. V prvním provedení jsou větve
-3CZ 308900 B6 soustavy paralelně zapojených rezistorů paralelně připojovány k trvale zapojenému předřadnému rezistoru R0, důsledkem čehož je možné dosáhnout sepnutí dílčích větví nezávisle na sobě. Díky tomu je pak možné získat větší variabilitu v hodnotách celkového odporu soustavy paralelně zapojených rezistorů. Ve druhém provedení jsou pak vždy jednotlivé větve připojené paralelně k předřadnému odporu větve předcházející. V tomto provedení mohou být sepnuty větve, pouze když jsou sepnuty všechny větve předchozí.
Ve výhodném provedení jsou rezistivní senzor a soustava paralelně zapojených rezistorů propojené stíněným kabelem, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen na stíněný kabel a jeho stínící vrstva na výstup operačního zesilovače. Tímto zapojením je potlačen vliv elektromagnetické interference a současně je eliminován nežádoucí vliv parazitické kapacity stíněného kabelu.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:
obr. 1 - je schematické znázornění zapojení rezistivního senzoru do děliče napětí, obr. 2 - je závislost minimální detekovatelné procentuální změny odporu senzoru na poměru odporů rezistoru děliče a senzoru dle rovnice (6), obr. 3 - je schematické znázornění provedení vynálezu, výraz soustava paralelně zapojených rezistorů je pokryt zkratkou SPZR, obr. 4 - je schematické znázornění možných vzájemných uspořádání dvou větví soustavy paralelně zapojených rezistorů s rezistorem (R) a unipolámím tranzistorem (T), obr. 5 - je schéma elektrického obvodu možného provedení vynálezu, obr. 6 - je schéma elektrického obvodu dalšího možného provedení vynálezu, obr. 7 - je schématické znázornění zapojení větve soustavy paralelně zapojených rezistorů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Základem vynálezu je napěťový dělič, který zahrnuje soustavu 3 paralelně zapojených rezistorů se dvěma vývody, zapojenými k uzlu 2 mezi zdrojem 7 periodického průběhu napětí a soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a uzlu 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem 5, a senzor 5 připojený k uzlu 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem 5 a k uzlu 6 mezi rezistivním senzorem 5 a zdrojem 7 periodického průběhu napětí, viz obr. 3. Uzlem je místo, v němž jsou vodivě spojeny alespoň dva prvky elektrického obvodu. Soustava 3 paralelně zapojených rezistorů zahrnuje uspořádání dvou nebo více větví 10, které obsahují prvek s definovaným odporem (rezistor) a spínací prvek, kterým je unipolámí tranzistor. S výhodou je pak spínací prvek tvořený sériovým zapojením více zařazovacích tranzistorů TI Dva způsoby vzájemného uspořádání dvou větví 10 v soustavě 3 paralelně zapojených rezistorů jsou zřejmé z obr. 4. Je-li možné variabilní pořadí rezistoru a tranzistoru, je to ve schématu vyznačeno oboustrannou šipkou. Další větve 10 mohou být do soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů přidávány analogickým způsobem. Zařazení daného předřadného rezistoru do děliče se provede sepnutím zařazovacích tranzistorů, které jej oddělují od uzlu 2 mezi zdrojem 7 periodického průběhu napětí a soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů, případně jej oddělují od uzlu 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a
-4CZ 308900 B6 rezistivním senzorem 5. Okamžitá hodnota odporu mezi uzly 2 a 4 je dále označována Rspzr.
Je výhodné, aby hodnota odporů předřadných rezistorů v jednotlivých větvích 10 tvořila geometrickou řadu, čímž může být při vhodném zařazování jednotlivých rezistorů zajištěno dostatečné rozlišení měření i při změně odporu senzoru 5 o několik řádů. Dále je výhodné, aby jedna větev 10 obsahující předřadný rezistor R0 o nejvyšší hodnotě odporu (RRs,max) neobsahovala spínací prvek a byla tak zařazena do děliče trvale. Odpor spínacích prvků ve vypnutém stavu by měl být mnohonásobně vyšší než nejvyšší hodnota odporu rezistorů v soustavě 3 paralelně zapojených rezistorů. Za tímto účelem je možné použít sériové zapojení více zařazovacích tranzistorů TI.
Mezi uzly 2 a 6 je vkládán periodický průběh napětí M;n(t). Je výhodné určit jeden z uzlů 2 nebo 6 jako společný uzel, resp. vztažný vodič, jeho potenciál (VA, resp. Vc) považovat za konstantní a nulový (Vref = Va = 0, resp. Vref = Vc = 0) a k tomuto potenciálu vztahovat všechny ostatní potenciály. Průběh Um(ť) může být harmonický (sinusoida) nebo jiný (obdélníkový, pilový apod.). Operačním zesilovačem 9 zapojeným jako napěťový sledovač se sleduje průběh potenciálu v uzlu 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem 5. Vstupní impedance operačního zesilovače 9 by měla být mnohonásobně vyšší, než je maximální hodnota odporu soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů, aby nedocházelo k nežádoucímu zatížení děliče. Průběh potenciálu na výstupu operačního zesilovače 9 (vb(í)) pak odpovídá superpozici (i) aplikovaného napětí uin(t) 30 děleného děličem tvořeným odporem senzoru 5 Rs a odporem soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů Rspzr a (ii) potenciálu indukovaného v důsledku EMI (vemi(í)):
R, v Λ í í i =-----------— u.r + p ro Víef = Va, (7a)
Parazitické kapacity mezi elektrodami GATE a DRAIN, resp. SOURCE tranzistorů v soustavě 3 paralelně zapojených rezistorů a kapacita stíněného kabelu 8 v případě jeho použití mezi uzlem 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a senzorem 5 vytvářejí společně s rezistory v děliči dolní propust, která může snižovat v závislosti na frekvenci uin(t) amplitudu potenciálu vb(í)· Eliminace této dolní propusti lze docílit superpozicí vb(0 na potenciál přiváděný na elektrody GATE předřadných tranzistorů soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů a přivedením vb(í) na stínící vrstvu stíněného kabelu 8, pokud je použit. Tím je zajištěno, že parazitické kondenzátory jsou nabíjeny zdrojem s nízkou výstupní impedancí (operačním zesilovačem 9) a nezatěžují dělič napětí. Je-li potenciál elektrody GATE způsobující sepnutí daného tranzistoru označen Vg, potenciál elektrody GATE aplikovaný za účelem vypnutí, resp. sepnutí zařazovacího tranzistoru TI E<resp Non, je potřeba zajistit, aby
Von + vb(í) > Eg a V0ff+ vB(t) < Eg pro tranzistory s N-kanálem
Von + vb (t) < Eg a V0ff+ vb (t)> Eg pro tranzistory s P-kanálem.
Výše uvedené podmínky lze splnit volbou dostatečně nízké amplitudy uin(t) a v případě silného rušení lze výstup operačního zesilovače 9 navíc podrobit filtraci analogovým filtrem plně propouštějícím frekvenci uin(t) a potlačujícím frekvence EMI.
Nutným předpokladem k určení odporu senzoru je eliminace vlivu EMI. Výstup operačního zesilovače 9 filtrovaný analogovým nebo digitálním filtrem (vBj(t)) odpovídá průběhu potenciálu v uzlu 4 mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem 5
-5CZ 308900 B6 modifikovanému přenosovou funkcí Hdaného filtru, tj. po dosazení do vztahů (7a) resp. (7b):
Vg =-------------—pro 1/= V* (8a) vs (n =------7/(/0))+ M4/řý) pro V/ = Vc (8b)
.......
je výhodné volit filtr tak, aby H(vEMI(t))=0 (eliminace vlivu EMI); pak platí:
/c„..
=............W-XO pra í/™f = V* (9a)
(9b)
Na základě vztahu (9a), resp. (9b), znalosti přenosové funkce filtru H a aktuálně nastavené hodnoty odporu soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů Rspzr lze určit odpor senzoru 5 Rs.
Příklad provedení vynálezu je na obr. 5. Na dělič napětí tvořený soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a rezistorem Rs (simuluje odpor senzoru 5) je aplikován harmonický průběh napětí o amplitudě 300 mV a frekvenci 55 Hz. Potenciál mezi soustavou 3 paralelně zapojených rezistorů a Rs (všechny potenciály jsou vztahované ke společnému uzlu) je sledován operačním zesilovačem 9 s FET vstupy zapojeným jako napěťový sledovač. Soustava 3 paralelně zapojených rezistorů obsahuje předřadné rezistory R0 až R3 zapojené způsobem dle obr. 4b. Trojice zařazovacích MOSFET tranzistorů TI až T3 připojují odpovídající předřadné rezistory Rl až R3 paralelně k trvale zařazenému předřadnému rezistorů R0 a mění tak odpor soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů. Potenciál přiváděný na elektrody GATE zařazovacích tranzistorů TI je volen potenciálem vkládaným na elektrody GATE spínacích tranzistorů TX1N a TX1P. Pokud je společný potenciál GATE elektrod prvního a druhého spínacího tranzistoru Gl vyšší, než odpovídá prahovému napětí spínacích tranzistorů TX1N a TX1P (např. Gl = +5 V), je druhý spínací tranzistor TX1N otevřený a první spínací tranzistor TX1P uzavřený. Potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI má pak přímo hodnotu výstupu operačního zesilovače 9, která může nabývat pouze hodnot mezi +150a-150 mV (napětí vkládané na dělič). Tyto hodnoty jsou nižší, než odpovídá prahovému napětí zařazovacích tranzistorů TI, které jsou proto uzavřené a odpor soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů je dán hodnotou odporu trvale zařazeného rezistorů R0.
V případě, že společný potenciál elektrod GATE prvního a druhého spínacího tranzistoru Gl je nižší, než odpovídá prahovému napětí spínacích tranzistorů TX1N a TX1P (např. 0 V), je druhý spínací tranzistor TX1N uzavřený a první spínací tranzistor TX1P otevřený. Potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI má pak stejnosměrnou složku UP1 a střídavou složku danou výstupem operačního zesilovače 9, což zajišťují druhý přizpůsobovací rezistor RX1 a přizpůsobovací kondenzátor CX1; je zvolen vhodný potenciál UP1 (např. +5 V) tak, aby potenciál na elektrodách GATE zařazovacích tranzistorů TI měl v každém okamžiku vyšší hodnotu, než odpovídá prahovému napětí zařazovacích tranzistorů TI, které jsou proto otevřené. Odpor soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů je dán paralelním zapojením trvale zařazeného předřadného rezistorů R0 a předřadného rezistorů Rl.
Zcela analogicky jsou připojovány předřadné rezistory R2 a R3 prostřednictvím potenciálů společných potenciálů GATE elektrod spínacích tranzistorů G2, resp. G3. Pro připojení předřadného rezistorů R2 je nutné, aby byl připojen i předřadný rezistor Rl; analogicky pro připojení předřadného rezistorů R3 je nutné, aby byly připojeny i předřadné rezistory Rl a R2.
-6CZ 308900 B6
Odpor soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů pro hodnoty odporu předřadných rezistorů RO až R3 uvedené v obr. 5 v závislosti na společných potenciálech spínacích tranzistorů GATE elektrod G1 až G3 uvádí tabulka
Tabulka 1.
G1 (V) G2(V) G3 (V) Rspzr
+5 +5 +5 Ro = 100 ΜΩ
0 +5 +5 Ro Ri = 9,09 ΜΩ
0 0 +5 Ro||Ri||R2 = 1,06 ΜΩ
0 0 0 R0IIR1IIR2IIR3 = 91,4 kΩ
Jiná možnost zapojení je znázorněna na obr. 6. Soustava 3 paralelně zapojených rezistorů obsahuje předřadné rezistory R0 až R3 zapojené způsobem dle obr. 4a. Připojování předřadných ίο rezistorů se provádí výše popsaným způsobem prostřednictvím společných potenciálů GATE elektrod spínacích tranzistorů G1 až G3. Na rozdíl od předchozího uspořádání (obr. 5) je možné připojovat jednotlivé předřadné rezistory nezávisle na připojení ostatních předřadných rezistorů. Odpor soustavy 3 paralelně zapojených rezistorů v závislosti na společných potenciálech GATE elektrod spínacích tranzistorů G1 až G3 se podobně jako v předchozím případě určí jako odpor 15 paralelního zapojení připojených předřadných rezistorů.
Stíněný kabel 8 je použitý k propojení neinvertujícího vstupu operačního zesilovače 9 a rezistivního senzoru 5. Na stínící vrstvu stíněného kabelu 8 je přiváděn výstup operačního zesilovače 9 za účelem potlačení vlivu kapacity stíněného kabelu 8.

Claims (16)

1. Zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru (5) zahrnující zdroj (7) periodického průběhu napětí, soustavu (3) paralelně zapojených rezistorů a rezistivní senzor (5), vyznačující se tím, že dále zahrnuje operační zesilovač (9), jehož neinvertující vstup je zapojen na uzel (4) mezi soustavou (3) paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem (5), a jehož invertující vstup je propojen s výstupem operačního zesilovače (9), a že výstupy zdroje (7) periodického průběhu napětí jsou zapojené na uzel (2) mezi zdrojem (7) periodického průběhu napětí a soustavou (3) paralelně zapojených rezistorů a uzel (6) mezi rezistivním senzorem (5) a zdrojem (7) periodického průběhu napětí, výstupy soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů jsou zapojené na uzel (2) a uzel (4) a výstupy rezistivního senzoru (5) jsou připojené na uzel (4) a uzel (6), a že soustava (3) paralelně zapojených rezistorů sestává z větví (10), přičemž větev (10) obsahuje předřadný rezistor (Rl) s definovanou hodnotou odporu, zařazovací tranzistor (TI), přizpůsobovací rezistor (RP1), první spínací tranzistor (TX1P) a druhý spínací tranzistor (TX1N), přičemž předřadný rezistor (Rl) je sériově zapojený se zařazovacím tranzistorem (TI), přičemž na elektrodu GATE zařazovacího tranzistoru (TI) je superponován výstup operačního zesilovače (9) a elektroda GATE zařazovacího tranzistoru (TI) je přes přizpůsobovací rezistor (RP1) připojena na spojené elektrody DRAIN prvního spínacího tranzistoru (TX1P) a druhého spínacího tranzistoru (TX1N), přičemž elektrody GATE prvního spínacího tranzistoru (TX1P) a druhého spínacího tranzistoru (TX1N) jsou přivedeny na společný potenciál (Gl), přičemž elektroda SOURCE prvního spínacího tranzistoru (TX1P) je jednak připojena přes druhý přizpůsobovací rezistor (RX1) na přizpůsobovací potenciál (UP1) a jednak přes přizpůsobovací kondenzátor (CX1) na výstup operačního zesilovače (9) a přičemž elektroda SOURCE druhého spínacího tranzistoru (TX1N) je připojena na výstup operačního zesilovače (9).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě větve (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů.
3. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že soustava (3) paralelně zapojených rezistorů obsahuje trvale zařazený předřadný rezistor (R0).
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu větev (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů paralelně připojenou k trvale zařazenému rezistorů (R0).
5. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že hodnoty odporu předřadných rezistorů větví (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů tvoří geometrickou řadu.
6. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že větev (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů obsahuje alespoň dva zařazovací tranzistory (TI) zapojené v sérii.
7. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že druhá větev (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů s předřadným rezistorem (R2) je paralelně připojena k předřadnému rezistorů (Rl) první větve (10) soustavy (3) paralelně zapojených rezistorů.
8. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že vstupní impedance operačního zesilovače (9) je vyšší než hodnota odporu trvale zařazeného předřadného rezistorů (R0).
9. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že rezistivní senzor (5) a soustava (3) paralelně zapojených rezistorů jsou propojeny stíněným kabelem (8).
-8CZ 308900 B6
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že neinvertující vstup operačního zesilovače (9) je připojený k stíněnému kabelu (8) a výstup operačního zesilovače (9) je připojený ke stínící vrstvě stíněného kabelu (8).
11. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) se zařízením podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že rezistivní senzor (5) je zapojený do série se soustavou (3) paralelně zapojených rezistorů s volitelnou hodnotou odporu a zdrojem (7) periodického průběhu napětí, do obvodu je přiváděný periodický průběh napětí ze zdroje (7) periodického průběhu napětí a je měřený výstupní potenciál na uzlu (4), přičemž tento potenciál je funkcí odporu senzoru (5).
12. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle nároku 11, vyznačující se tím, že napětí zdroje (7) periodického průběhu napětí je ve formě harmonického signálu.
13. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle nároku 11, vyznačující se tím, že napětí zdroje (7) periodického průběhu napětí je ve formě obdélníkového signálu nebo pilového signálu nebo jiného periodického průběhu signálu.
14. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že napětí zdroje (7) periodického průběhu napětí má v celém průběhu periody nižší hodnotu, než je prahové napětí zařazovacích tranzistorů (TI).
15. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že napětí na uzlu (4) je sledováno operačním zesilovačem (9).
16. Způsob měření odporu rezistivního senzoru (5) podle kteréhokoliv z nároků 11 až 15, vyznačující se tím, že výstup operačního zesilovače (9) je filtrován analogovým nebo digitálním filtrem propouštějícím pouze frekvenci zdroje (7) periodického průběhu napětí.
5 výkresů
Seznam vztahových značek
1 - vztažný vodič
2 - uzel mezi zdrojem periodického průběhu napětí a soustavou paralelně 5 zapojených rezistorů
3 - soustava paralelně zapojených rezistorů
4 - uzel mezi soustavou paralelně zapojených rezistorů a rezistivním senzorem
5 - rezistivní senzor
6 - uzel mezi mezi rezistivním senzorem a zdrojem periodického průběhu napětí
7 - zdroj periodického průběhu napětí
8 - stíněný kabel
9 - operační zesilovač
10 - větev rezistorové soustavy
RD - odpor děliče
R0 - trvale zařazený předřadný rezistor
R1 - předřadný rezistor první větve soustavy paralelně zapojených rezistorů
R2 - předřadný rezistor druhé větve soustavy paralelně zapojených rezistorů R3 předřadný rezistor třetí větve soustavy paralelně zapojených rezistorů TI zařazovací tranzistor MOSFET první větve soustavy paralelně zapojených rezistorů T2 - zařazovací tranzistor MOSFET druhé větve soustavy paralelně zapojených rezistorů
T3 - zařazovací tranzistor MOSFET třetí větve soustavy paralelně zapojených rezistorů RP1 - první přizpůsobovací rezistor první větve soustavy paralelně zapojených rezistorů
-9CZ 308900 B6
RP2 - první přizpůsobovací rezistor druhé větve soustavy paralelně zapojených rezistorů
RP3 - první přizpůsobovací rezistor třetí větve soustavy paralelně zapojených rezistorů
CZ2018158A 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru CZ308900B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru
US17/043,602 US11366148B2 (en) 2018-03-30 2019-03-29 Method and device for measuring resistance of resistive sensor using an actively controlled resistor network
PCT/CZ2019/050014 WO2019185070A1 (en) 2018-03-30 2019-03-29 Method and device for measuring the resistance of a resistive sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2018158A3 CZ2018158A3 (cs) 2019-10-16
CZ308900B6 true CZ308900B6 (cs) 2021-08-18

Family

ID=68164662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018158A CZ308900B6 (cs) 2018-03-30 2018-03-30 Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11366148B2 (cs)
CZ (1) CZ308900B6 (cs)
WO (1) WO2019185070A1 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1403818A (en) * 1972-09-28 1975-08-28 Commw Scient Ind Res Org resistance measuring circuit
WO2010049298A1 (de) * 2008-10-30 2010-05-06 Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg Widerstandsmessung eines von einer messgrösse abhängigen widerstandselements
GB2535745A (en) * 2015-02-25 2016-08-31 Gm Global Tech Operations Llc Glow plug resistance measurement circuit and method
US20170036758A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-09 Sikorsky Aircraft Corporation Systems and methods for damping rotor blade assemblies
CZ2016398A3 (cs) * 2016-06-30 2017-05-24 Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci Způsob měření rychlých změn nízkých hodnot povrchové vodivosti dielektrik v prostředí elektromagnetické interference síťového napětí a zařízení pro provádění tohoto způsobu měření

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB895230A (en) 1958-07-17 1962-05-02 Electronique Appliquee Improvements in or relating to impedance measuring apparatus
US4342089A (en) 1976-09-02 1982-07-27 Genrad, Inc. Method of and apparatus for automatic measurement of circuit parameters with microprocessor calculation techniques
FR2400208A1 (fr) * 1977-08-11 1979-03-09 Thebault Raymond Appareil de mesure de resistance en fonction de la frequence et de l'amplitude du courant
US4578635A (en) 1981-01-14 1986-03-25 Mee John L Device for measuring and indicating changes in the resistance of a living body
US4408282A (en) * 1981-04-22 1983-10-04 Hof Peter J AC Resistance measuring instrument
US4950998A (en) 1986-10-14 1990-08-21 Drexelbrook Controls, Inc. Continuous condition sensing system
US5373410A (en) * 1992-03-27 1994-12-13 Tandy Corporation Single string resistive divider network for a digital multimeter
US5608333A (en) * 1993-06-18 1997-03-04 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of driving heating element to match its resistance, thermal printer, and resistance measuring device
US5708363A (en) 1995-10-16 1998-01-13 Signet Scientific Company Liquid conductivity measurement system using a variable-frequency AC voltage
DE10119080B4 (de) 2001-04-19 2005-05-04 Acam-Messelectronic Gmbh Verfahren und Schaltanordnung zur Widerstandsmessung
DE10303409A1 (de) 2003-01-29 2004-09-09 Siemens Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines elektrischen Messwerts für ein Widerstandselement, vorzugsweise zur Bestimmung eines elektrischen Stroms durch das Widerstandselement
WO2018196986A1 (en) * 2017-04-27 2018-11-01 Advantest Corporation Calibration arrangement and method for deriving a resistance of a resistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1403818A (en) * 1972-09-28 1975-08-28 Commw Scient Ind Res Org resistance measuring circuit
WO2010049298A1 (de) * 2008-10-30 2010-05-06 Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg Widerstandsmessung eines von einer messgrösse abhängigen widerstandselements
GB2535745A (en) * 2015-02-25 2016-08-31 Gm Global Tech Operations Llc Glow plug resistance measurement circuit and method
US20170036758A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-09 Sikorsky Aircraft Corporation Systems and methods for damping rotor blade assemblies
CZ2016398A3 (cs) * 2016-06-30 2017-05-24 Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci Způsob měření rychlých změn nízkých hodnot povrchové vodivosti dielektrik v prostředí elektromagnetické interference síťového napětí a zařízení pro provádění tohoto způsobu měření

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2018158A3 (cs) 2019-10-16
US11366148B2 (en) 2022-06-21
WO2019185070A1 (en) 2019-10-03
US20210025928A1 (en) 2021-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101354080B1 (ko) 고속 응답을 갖는 넓은 동적 범위를 갖는 전위계
US5543717A (en) Integrable conductivity measuring device
EP3118635A1 (en) Non-contact voltage measurement device
US9696352B2 (en) Current sense circuit with offset calibration
DE102007038225B4 (de) Hochstabiles kapazitives Messsystem für extreme Einsatzbedingungen
US9645193B2 (en) Impedance source ranging apparatus and method
CN112074707A (zh) 电容式的测量***
KR100974650B1 (ko) 저항 측정장치 및 측정방법
CA2100303C (en) Circuit arrangement for evaluating the signal of a capacitive measuring sensor
CZ308900B6 (cs) Způsob a zařízení pro měření odporu rezistivního senzoru
US20190250756A1 (en) Reference Noise Rejection Improvement Based on Sample and Hold Circuitry
WO2014155680A1 (ja) 電圧測定装置
US9372217B2 (en) Cable detector
EP2959306A1 (de) Leistungsmessgerät mit interner kalibrierung von diodendetektoren
NL7811001A (nl) Inrichting voor het meten van een grootheid die een veldeffekttransistor beinvloedt.
Daire et al. New instruments can lock out lock-ins
US20230099576A1 (en) Universal interface
CN212159935U (zh) 用于高精度温敏元件的调阻测试装置
JP3391310B2 (ja) 容量性電子部品の絶縁抵抗測定装置
Cirstea et al. An inductive system for measuring microampere currents
JP7304748B2 (ja) 電流検出装置、電流検出方法
Wolffenbuttel et al. Active guarding of a four-point impedance probe with one common guard electrode for maximum readout bandwidth
JP2006300677A (ja) 電流検出装置
SU826844A1 (ru) Устройство дл измерени сопротивлени заземлени
KR101564283B1 (ko) 다기능 교정기가 구비된 멀티 수질 환경 측정기