автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Структурные методы повышения точности измерения параметров электрических цепей

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Евгений Николаевич

СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ПЕНЗА 2007

Э

003066469

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

Годунов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Балаковского института техники^ технологии и управления Саратовского государственного университета Власов Вячеслав Викторович, доктор технических наук, профессор Пензенского государственного университета Мясникова Нина Владимировна; доктор технических наук, профессор Самарского аэрокосмического университета Прохоров Сергей Антонович

Ведущее предприятие - Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов» (г Пенза)

Защита диссертации состоится 25 октября 2007 г, в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212 186 02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет»

Автореферат разослан 20 сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Светлов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Параметры электрических цепей (ЭЦ) - модуль и аргумент, активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления (КС) и проводимости (КП), параметры элементов схем замещения различных объектов, представляемых в виде электрических цепей, - образуют большую группу измеряемых величин, несут информацию о физико-химических свойствах сырья и материалов, в том числе полупроводниковых структур, ходе технологических процессов, качестве готовой продукции и являются выходными сигналами обширного класса параметрических датчиков.

Большой вклад в решение проблемы измерения параметров электрических цепей внесли Ф. Б Гриневич, К Б Карандеев, В Ю Кнел-лер, А И Мартяшин, А М Мелик-Шахназаров, А Д Нестеренко, В М Шляндин, Г А Штамбергер, С Л Эпштейн и их ученики

Наиболее точными и универсальными средствами измерения параметров ЭЦ являются мосты переменного тока, которые, однако, остаются наиболее сложными и дорогими приборами с двумя системами уравновешивания, многозначными мерами сопротивления и емкости или мерами отношения на базе трансформаторов с тесной индуктивной связью

Стремление к упрощению и повышению быстродействия мостов переменного тока привело к разработке преобразователей параметров ЭЦ в активные скалярные величины, удобные для восприятия и последующих преобразований Основным узлом таких устройств является активный преобразователь (АП) на базе операционного усилителя

Актуальность и народнохозяйственное значение разработки таких преобразователей заключаются в том, что на их базе с использованием уже имеющихся серийных измерителей скалярных величин можно создать целый ряд специализированных, узко ориентированных измерителей параметров комплексных величин, потребность в которых велика и непрерывно растет До последнего времени основное внимание уделялось разработке преобразователей параметров электрических цепей с активными преобразователями в направлении увеличения функциональных возможностей, в результате чего разработано, в том числе и с участием автора, множество структур преобразователей с широкими функциональными возможностями Вместе

с тем остаются мало исследованными вопросы, связанные с обеспечением требуемой точности активного преобразователя, являющегося основным узлом преобразователей рассматриваемого класса Это сдерживает внедрение преобразователей рассматриваемого класса в практику измерения параметров электрических цепей.

Вопросы обеспечения требуемой точности должны быть, прежде всего, решены для наиболее распространенных и важных в практическом отношении задач преобразования модуля и аргумента, активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления (проводимости) или элементов электрических цепей, представляемых двухэлементной схемой замещения Решение указанных вопросов является также необходимой базой и для соответствующих исследований преобразователей параметров многоэлементных двухполюсников

Особое место среди элементов электрических цепей занимают резисторы, которые являются наиболее распространенными и точными Прецизионные резисторы являются неотъемлемой частью большинства измерительных приборов, где используются в качестве опорных элементов

В области прецизионного резисторостроения к середине 80-х гг созданы резисторы с допускаемым отклонением сопротивления ±(0,005 0,001) %, нестабильностью до ±0,0005 % за 2000 ч и ТКС до ±(0,5 0,3) • Ю-6 С"1 Измерение таких характеристик предполагает учет большого числа факторов, влияющих на погрешность, наличие прецизионного термостатирующего оборудования, статистическую обработку результатов многократных наблюдений при измерениях, жесткую регламентацию условий и процедуры выполнения измерений, т е требует создания соответствующего автоматизированного оборудования. Работы по созданию такого оборудования проводились с начала 80-х гг в НИИЭМП (г Пенза) при непосредственном участии автора в качестве ведущего специалиста

Дальнейшее улучшение характеристик прецизионных резисторов ограничено существующей эталонной базой

С внедрением в практику измерения сопротивления квантового эффекта Холла в нашей стране и за рубежом создан ряд установок компарирования сопротивления холловского датчика и традиционных мер сопротивления с погрешностью (2-3) 10~8, созданы переходные меры передачи размера сопротивлений 6453,2, 12906,4 Ом к

мерам сопротивления с десятично-кратными значениями Все это позволяет осуществлять контроль стабильности традиционных мер сопротивления, отобрать меры с годовой нестабильностью ±(1-2) 1(Г7 и создает предпосылки для разработки и производства прецизионных резисторов с нестабильностью ±(0,0001-0,0002) % Последнее также требует создания соответствующего автоматизированного оборудования

Цель работы Разработка методов повышения точности измерения параметров электрических цепей за счет структурной коррекции погрешностей

Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи

• выявление общих закономерностей образования погрешностей, вносимых активным преобразователем, и сравнительный анализ разработанных к настоящему времени обобщенных структур преобразователей,

• разработка, теоретическое и экспериментальное исследование структурных методов повышения точности активных преобразователей,

• разработка основ методики инженерного проектирования активных преобразователей по заданным точностным характеристикам,

• разработка приборов для измерения параметров электрических цепей, построенных по принципу преобразования комплексного сопротивления в напряжение переменного тока,

• разработка автоматизированных средств измерения сопротивления и ТКС наивысшей точности

Методы исследования Основные научные результаты получены с использованием методов теории линейных электрических цепей, теории автоматического регулирования, теории чувствительности и теории погрешностей При экспериментальных исследованиях использованы элементы теории вероятностей и математической статистики

Научная новизна работы состоит в следующем

• разработаны основы новой методики проектирования АП по заданным точностным характеристикам с использованием в качестве показателя точности векторной погрешности,

• разработаны новые структуры квазиуравновешенных преобразователей параметров ЭЦ с АП, проведен сравнительный анализ и

выявлены общие закономерности образования погрешностей, вносимых АП, всех разработанных на сегодня обобщенных структур преобразователей,

• разработаны, теоретически и экспериментально исследованы новые структуры АП с коррекцией методической погрешности,

• разработаны модели погрешности резистора и погрешностей измерения сопротивления, временной стабильности и температурного коэффициента сопротивления резисторов,

• впервые разработаны, теоретически и экспериментально исследованы автоматизированные рабочие средства измерения сопротивления и ТКС прецизионных резисторов наивысшей точности

Новизна результатов работы подтверждается патентом РФ и 7 авторскими свидетельствами

Практическая ценность заключается.

• в разработке основ методики инженерного проектирования АП по заданным точностным характеристикам;

• в разработке АП с коррекцией методической погрешности, обладающих повышенной точностью в широком диапазоне частот,

• в создании приборов для регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур, не уступающих зарубежным аналогам,

• в создании промышленного автоматизированного оборудования наивысшей точности для измерения характеристик прецизионных резисторов установки измерения ТКС 13 АС - 1/107 - 009-072 и УИЭ РПП - 0,05 10 б - 011, установки измерения сопротивления УВК РПЭ-900-028 и УИЭ РПЭ - 1 10"4 - 043

Реализация результатов работы Результаты выполненных исследований использованы при разработке приборов АМЦ1515, АМЦ1531 для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур, выпускаемых Пензенским НИИ «Контрольприбор» по заказам предприятий страны и позволяющих увеличить выход годных при производстве полупроводниковых структур

Прибор АМЦ1515 демонстрировался на ВДНХ СССР и на выставке «Достижения советской науки и техники» в г. Будапеште. На ВДНХ СССР удостоен бронзовой медали

Результаты настоящего исследования также использованы в ряде НИР и ОКР по разработке автоматизированного оборудования для измерения сопротивления и ТКС новейших типов прецизионных резисторов, в том числе «Температура-1», «Температура-2», «Система-2», «Система-4», «Номинал-1» и др вНИИЭМП(г Пенза)

Автоматизированные установки измерения ТКС внедрены на предприятиях прецизионного резисторостроения гг Пензы, Белгород-Днестровского и Учкекена

На защиту выносятся

• основы методики анализа и синтеза активных преобразователей с использованием векторной погрешности,

• результаты анализа обобщенных структур квазиуравновешенных преобразователей параметров электрических цепей,

• методы построения двухканальных активных преобразователей со структурной коррекцией погрешностей, имеющих существенные преимущества по сравнению с одноканальными активными преобразователями по точности, а по сравнению с автокомпенсационными мостовыми устройствами - по быстродействию,

• модели погрешностей резистора и средств измерения сопротивления, ТКС и временной стабильности, раскрывающие механизм образования результирующей погрешности и являющиеся основой анализа и синтеза,

• разработанные установки измерения сопротивления и ТКС прецизионных резисторов, не уступающие зарубежным аналогам по точности и существенно превосходящие их по производительности

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на международных конференциях «Методы и средства измерений в системах измерения и контроля» (г Пенза, 1998 г , 2002 г ), «Проблемы автоматизации и управления в системах измерения и контроля» (г Пенза, 2004 г), «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (г Ульяновск, 2004 г, 2006 г.), на Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г Пенза, 2006 г, 2007 г ), на всесоюзных конференциях «Методы и средства аналогового преобразования параметров электрических сигналов и цепей» (г Ульяновск, 1978 г), «Состояние элементной базы, технологии производства и контроля изделий электронной техники» (г Пенза, 1991 г), на республикан-

ских конференциях «Структурные методы повышения точности, быстродействия и чувствительности измерительных устройств и систем» (г. Киев, 1981 г), «Развитие элементной базы приборостроения» (г Кишинев, 1986 г.), на научно-технических семинарах «Измерительные системы нефтяной и газовой промышленности филиала Научного Совета по проблеме «Кибернетика» при Западном центре АН УССР» (г. Ивано-Франковск, 1981 г.), «Автоматизация производственных процессов и установок» (г Пенза, 1975 г), «Методы и средства измерений механических параметров» (г Пенза, 1995 г ), на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского политехнического института и Пензенского государственного университета в 1974-1983 гг., 1994—2006 гг.

Публикации По теме диссертации опубликованы 36 печатных работ, из них 11 в изданиях, рекомендованных ВАК, 7 авторских свидетельств СССР и один патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 212 наименований, трех приложений. Работа содержит 299 страниц основного текста, иллюстрируемого 73 рисунками и таблицами на 25 страницах Общий объем диссертации составляет 352 страницы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели, задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе рассматриваются разработанные к настоящему времени измерители параметров электрических цепей с активным преобразователем и проводится их систематизация Всё многообразие существующих преобразователей разделено на две группы В первую группу выделены преобразователи, представляющие собой последовательное соединение активного преобразователя и устройства обработки УО, осуществляющего переход от активной комплексной величины - напряжения переменного тока - к двум скалярным величинам, каждая из которых характеризует один параметр комплексного сопротивления или комплексной проводимости электрической цепи Характерным общим признаком преобразователей этой группы является то, что активный преобразователь в них обеспечивает условия раздельного отсчета. Отмечено, что с точки зрения

погрешностей, вносимых активным преобразователем, метод последующего преобразования выходного напряжения активного преобразователя не существен, поэтому многообразие преобразователей первой группы в работе представляется одной обобщенной структурой

Во вторую группу выделены квазиуравновешенные преобразователи Собственно активный преобразователь в них либо не обеспечивает условий раздельного отсчета и соответствует структуре с обратно пропорциональным преобразованием, либо содержит дополнительные цепи, один из параметров которых, например, коэффициент передачи Кл управляемого делителя напряжения, является регулируемым Преобразователи второй группы представлены семью обобщенными структурами, две из которых разработаны при участии автора

При анализе погрешностей обработки на примере преобразователей первой группы показано, что, независимо от способа разделения выходного напряжения активных преобразователей на составляющие, погрешность преобразования каждого параметра содержит две составляющие, по-разному зависящие от измеряемых параметров Одна из них названа собственной погрешностью и характеризует погрешность преобразования каждого параметра для случая, когда другой равен нулю Вторая названа погрешностью взаимного влияния и характеризует влияние другого параметра на погрешность преобразования каждого параметра Собственная погрешность преобразования каждого параметра является мультипликативной, а погрешность взаимного влияния - аддитивной, особенностью которой является зависимость от другого параметра

Анализ используемых методов исследования погрешностей и проектирования активных преобразователей параметров электрических цепей по заданным точностным характеристикам показал, что все они сводятся к расчету погрешностей по функциям преобразования скалярных параметров при различных сочетаниях преобразуемых величин и параметров усилителя Такой подход, традиционный для исследования погрешностей измерителей скалярных величин, при преобразовании параметров комплексных величин имеет ряд недостатков Эти недостатки заключаются в сложности анализа, обусловленной наличием нескольких (по числу скалярных параметров) функций преобразования, громоздкостью исходных выражений для

активной и реактивной составляющих, модуля и аргумента комплексных функций нескольких переменных, многообразием возможных сочетаний значений преобразуемых параметров, параметров усилителя и требований к преобразователям, например, в отношении частоты тест-сигнала. Полученные в ряде работ результаты исследования погрешностей активных преобразователей указывают на взаимосвязь погрешностей преобразования каждого параметра со значениями обоих параметров, однако общие закономерности этой взаимосвязи в разработанных на сегодня обобщенных структурах преобразователей параметров электрических цепей с активным преобразователем остаются не выясненными

Анализ существующих методов и средств измерения сопротивления показал, что наиболее высокая точность в совокупности с возможностью автоматизации достигается при использовании дифференциального метода в сочетании с методом разновременного сравнения (ДМРС) на базе потенциометрических, мостовых и компенсационно-мостовых схем.

Во второй главе обосновывается целесообразность применения для анализа погрешностей и проектирования активных преобразователей модуля и аргумента комплексного сопротивления (проводимости) известного из теории решающих усилителей подхода, основанного на использовании в качестве показателя точности векторной погрешности, графическая интерпретация которой представлена на рисунке 1

Рисунок 1 - Векторная погрешность

Векторная относительная погрешность представляет собой отношение вектора абсолютной погрешности Д, или разности выходных напряжений реального и идеального активного преобразователя, к идеальному выходному напряжению Векторная относительная погрешность непосредственно входит в функцию преобразования комплексного сопротивления (проводимости) в активную комплексную величину и связана с параметрами усилителя активного преобразователя и цепи обратной связи = Векторная относительная

погрешность обладает рядом ценных свойств ее модуль является оценкой погрешностей преобразования одновременно двух параметров - модуля и фазового угла - у м < |у|, Дер < |у|, модуль векторной

относительной погрешности легко поддается оценкам при заданных параметрах схемы, поэтому просто решается задача выбора требований к параметрам схемы активного преобразователя для обеспечения требуемого значения модуля векторной погрешности

Для распространения этого подхода на случай преобразования составляющих комплексного сопротивления (проводимости), не имеющий аналогий в теории решающих усилителей, получена взаимосвязь погрешностей преобразования составляющих с параметрами векторной погрешности в виде

уР = Яеу-^1ту, (1)

0У = 11еу + ^1ту, (2)

где уР и уб - относительные погрешности преобразования составляющих X и У комплексного сопротивления (проводимости), приведенные к выходному напряжению активного преобразователя

Эта взаимосвязь раскрывает механизм образования погрешностей, вносимых активным преобразователем в результат преобразования каждого параметра, в преобразователях первой по предложенной систематизации группе преобразователей По аналогии с введенными ранее названиями выделены собственная погрешность активных преобразователей по каждому параметру и погрешность взаимного влияния Каждая из этих погрешностей зависит от обоих преобразуемых параметров, однако собственная погрешность включает в

себя мультипликативную погрешность и погрешность нелинейности, а погрешность взаимного влияния для каждого параметра является аддитивной, обусловленной влиянием другого параметра Для проектирования активных преобразователей важны очевидные неравенства

которые являются основанием для оценки погрешностей уРи уй при найденных значениях |у| или выбора требований к |у| при заданных уР и .

Структура выражений (1) и (2) согласуется с известным предложением об указании точности многомерных измерительных устройств в виде матрицы погрешностей. Использование векторной погрешности облегчает оценку и расчёт элементов матрицы погрешности. Для оценки всех элементов матрицы погрешностей в заданных диапазонах измерения достаточно оценить лишь один параметр -модуль векторной погрешности.

В работе проведен анализ общих закономерностей образования погрешностей активных преобразователей и в преобразователях второй группы. Результаты анализа приведены в таблице, где показаны обобщенные структурные схемы, условия квазиравновесия, функции преобразования при выбранном характере реактивности образцового двухполюсника и выражения для относительных погрешностей. Результаты анализа показывают, что в двух преобразователях - 1-м и 3-м - устраняется погрешность взаимного влияния по одному из преобразуемых параметров, что позволяет рассчитывать на расширение диапазона измерения по этому параметру в сторону меньших значений В остальных структурах общая закономерность образования погрешностей, вносимых активным преобразователем, сохраняется Отмечено, что достоинства структур активных преобразователей с обратно пропорциональным преобразованием могут проявляться в том, что в некоторых случаях в них проще обеспечить устойчивость активного преобразователя, поскольку, с точки зрения устойчивости, существенно взаимное расположение исследуемого и образцового двухполюсников в цепи обратной связи

Окончание таблицы

№

Структурная схема Условие квазиравновесия

Функция преобразования

Методическая погрешность

и,

Уо

О

иг 1

+ КЛ

+ Vд

Оз

ии.

и*

¿3

Кд

Л

•

X

и2 Л

у = -Яеу —1т у У

у

уЛ = -11еу + — 1т у

х

Так, например, при преобразовании параметров электрической цепи с индуктивным характером реактивности по последовательной схеме замещения и выборе в качестве образцового элемента резистора предпочтение, с точки зрения устойчивости, должно быть отдано структуре с обратно пропорциональным преобразованием

На основе проведенных исследований предложены основы методики проектирования активных преобразователей параметров электрических цепей, которая заключается в следующем- выбираются тип структуры активного преобразователя и характер реактивности образцовых элементов с учетом соображений по обеспечению устойчивости,

- определяется значение |у|, необходимое для обеспечения требуемой от активного преобразователя точности преобразования параметров электрической цепи,

- определяются параметры усилителя, при которых обеспечивается найденное значение |у| и выбирается подходящий усилитель.

Особенность методики заключается в том, что, исходя из заданных погрешностей преобразования нескольких параметров электрической цепи, находится значение одного обобщенного показателя точности - модуля векторной относительной погрешности |у|, при

котором обеспечивается требуемая точность преобразования одновременно всех параметров

Приводится пример использования предложенной методики для проектирования приборов автоматической регистрации вольт-фа-радных характеристик полупроводниковых структур АМЦ1515, АМЦ1531, построенных по принципу преобразования комплексной проводимости в напряжение переменного тока с последующим уравновешиванием составляющей напряжения, связанной с активной проводимостью (амплитуда напряжения тест-сигнала 25 мВ, частота 80 Гц и 1 МГц, напряжение смещения ±100 В, пределы измерения емкости 3,30, 100, 300,1000, 3000 пФ при тангенсе угла потерь до 3) Третья глава посвящена разработке активных преобразователей параметров электрических цепей со структурной коррекцией погрешностей, вызываемых конечным значением коэффициента усиления усилителя Отмечена перспективность построения активных преобразователей на базе двухканальных усилителей с аддитивной

коррекцией погрешности при пространственном разделении каналов Достоинства таких преобразователей на базе двухканальных усилителей заключаются в возможности снижения коэффициента усиления, а значит, и расширения частотного диапазона при сохранении прежней точности или повышения точности при прежних значениях коэффициента усиления. Особенности построения двухканальных активных преобразователей параметров электрических цепей обусловлены тем, что требуемый коэффициент передачи в них, в отличие от двухканальных усилителей, неизвестен и является функцией преобразуемых параметров, при этом разработка двухканальных преобразователей параметров сводится к разработке способов формирования выходного напряжения дополнительного канала.

На рисунке 2 представлена обобщенная структурная схема двухканальных активных преобразователей параметров электрических цепей, построенных на базе двухканального усилителя с суммирова-

г г

нием напряжений каналов по замкнутому циклу, где 2Х и 2г -двухполюсники, один из которых является исследуемым, другой -образцовым, ДК - дополнительный канал.

Рисунок 2 - Обобщенная структурная схема двухканальных преобразователей

Предложены следующие способы формирования выходного сигнала дополнительного канала

1 Дублирование исследуемого двухполюсника в дополнительном канале.

2 Регулирование коэффициента передачи дополнительного канала.

3. Выделение тока, текущего через исследуемый двухполюсник, с последующим преобразованием его в напряжение.

Возможность дублирования исследуемого двухполюсника может предоставляться при использовании активных преобразователей в самой перспективной для них области - преобразовании выходных сигналов параметрических датчиков. При этом параметры дополнительного датчика изменяются одновременно с параметрами рабочего датчика, и коррекция осуществляется по мгновенным значениям

При реализации второго способа регулирование коэффициента передачи дополнительного канала предложено осуществлять по минимуму напряжения и2 на выходе корректирующего канала либо с помощью преобразователя напряжения в сопротивление, включаемого на место одного из сопротивлений цепи обратной связи усилителя дополнительного канала

Разработаны структурные схемы двухканальных активных преобразователей, реализующих указанные способы формирования выходного сигнала дополнительного канала, при этом техническая реализация третьего способа найдена лишь для случая, когда исследуемая электрическая цепь включена в прямую цепь усилителя. Отмечено, что все способы формирования выходного напряжения дополнительного канала могут быть реализованы при построении двухканальных активных преобразователей параметров электрических цепей на базе двухканальных усилителей с суммированием по разомкнутому циклу и с последовательным включением выходных цепей каналов.

При преобразовании составляющих комплексного сопротивления (проводимости) предложено сочетать уравновешивание по одному из параметров с коррекцией по другому, при этом уравновешивание тока через одну из составляющих комплексной проводимости осуществляется по схеме 1, а уравновешивание падения напряжения на одной из составляющих комплексного сопротивления - по схеме 6 (см. таблицу). Отмечено, что если выходное напряжение дополнительного канала при этом формируется путём дублирования исследуемого двухполюсника, то уравновешивание необходимо осуществлять одновременно в обоих каналах.

Четвертая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию двухканальных активных преобразователей параметров электрических цепей

Для активных преобразователей с регулируемым коэффициентом передачи дополнительного канала проведено исследование влияния зоны нечувствительности фазочувствительного нуль-индикатора, формирующего управляющие воздействия на регулируемый элемент, на эффективность коррекции Показано, что методическая погреш-

коэффициенты передачи усилителя и цепи обратной связи соответственно, 17п - зона нечувствительности нуль-индикатора) и уменьшается, по сравнению с погрешностью одноканального активного пре-

мента придает сходство двухканальному преобразователю с компенсационно-мостовой измерительной цепью с преобразованием сигнала разбаланса, проведен сравнительный анализ этих двух схем по точности и быстродействию, показавший достоинства первой из схем

При исследовании инструментальных погрешностей двухканальных активных преобразователей с дублированием исследуемого двухполюсника установлено снижение чувствительности к изменению коэффициента усиления и емкости между суммирующей точкой и общей шиной Последнее предполагает возможность дистанционных измерений Показано также, что отклонение параметров дополнительного канала от номинальных значений влияет на погрешность второго и третьего порядка малости по отношению к методической погрешности одноканального активного преобразователя.

Проведен анализ методических погрешностей и эффективности коррекции в двухканальных активных преобразователях параметров электрических цепей при комплексных коэффициентах передачи усилителя и цепей обратной связи При этом предложен обобщенный способ анализа, заключающийся в исследовании векторной относительной погрешности формирования выходного напряжения допол-

Поскольку наличие регулируемого эле-

нительного канала, которая и определяет эффективность коррекции в соответствии с выражением

У'= 7271 =

где у', у2 - соответственно векторные относительные погрешности двухканального активного преобразователя и исходного, однока-нального активного преобразователя, у! - векторная относительная погрешность дополнительного канала Приведены примеры использования этого подхода для анализа погрешностей двухканальных активных преобразователей, реализующих различные способы формирования выходного сигнала дополнительного канала, при преобразовании параметров комплексных величин.

Приведены результаты экспериментальных исследований двухканальных АП, подтверждающие теоретические расчеты

Пятая глава посвящена разработке автоматизированных средств высшей точности для измерения параметров прецизионных резисторов с допускаемым отклонением сопротивления и нестабильностью ±(0,0001 0,005)% и температурным коэффициентом сопротивления ±(1 3) Ю-6 °С и ниже

Проведенный анализ показал, что наиболее высокая точность в совокупности с возможностью автоматизации достигается при использовании дифференциального метода в сочетании с методом разновременного сравнения (ДМРС), при этом достигаемая точность принципиально ограничена собственной погрешностью резистора Предложена эквивалентная схема резистора (рисунок 3)

E(ATJ

Рисунок 3 - Эквивалентная схема резистора

Погрешность резистора записывается в виде

Яв ( АЛ(Р) | Яп | АЯ(0 | | АД(ДГ) Дн Ди Дн Ян Лн Лн

АД(С/) Е(Р) Е(АТВ) £ /ш Дн

---1---1---1---1--

ян и и и и

где Ин - номинальное значение сопротивления резистора, Рв - суммарное сопротивление выводов, Ки - сопротивление изоляции, ДЯ(Р) - сопротивление, учитывающее самонагрев резистивного элемента (РЭ) от выделяемой в нем мощности, Еп - сопротивление, учитывающее погрешность подгонки, ДЛ(0 - сопротивление, учитывающее нестабильность сопротивления во времени, АЕ(11)- сопротивление, учитывающее изменение сопротивления при изменении приложенного напряжения и не связанное с самонагревом, АР(ЛТ) ~ сопротивление, обусловленное изменением температуры окружающей среды, Е{Р) - ЭДС между выводами, обусловленная самонагревом РЭ от выделяемой в нем мощности, Е(АГВ) - ЭДС между выводами, обусловленная разницей температуры АТ окружающей среды между выводами, ЕШ,1Ш - ЭДС и ток собственных

шумов соответственно, и - напряжение, приложенное к резистору.

Анализ существующих вариантов описания и нормирования характеристик прецизионных резисторов, справочных данных и рекламных материалов показал, что в большинстве из них не отражаются характеристики самонагрева резистивного элемента от выделяемой в нем мощности Представляется целесообразным указывать эту характеристику в виде температуры самонагрева Тн при номиналь-

Т

ной мощности Рп или коэффициента самонагрева Кр - —-.

Р*

Предложено определить температуру самонагрева РЭ как эквивалентное, с точки зрения изменения сопротивления, изменение внешней температуры, и разработан соответствующий способ измерения. Экспериментально определены коэффициенты самонагрева новых типов резисторов и количественно определена зависимость температуры самонагрева от температуры окружающей среды

Предложены модели погрешности измерения сопротивления, нестабильности и ТКС в виде

Ли = ДСи + аДГ + > дн =(ДСи)/ +(аДГ), +(а^рРи)|.

(Аси)Г2-(ДСИ)7, АГ2-АГ, [(^р)г, -(^Р)г2К

Д =-?--!_ +--!-а+±—1—!-Я-а

т2-т} т2-т{ т2-тх

где аЛТ - режимная погрешность, аКрРи - погрешность взаимодействия, Лси - погрешность средств измерений (СИ), а - ТКС, А Г - нестабильность температуры средств задания температурного режима, Кр - коэффициент самонагрева, Ри - измерительная мощность, АТ2,АТХ - погрешности поддержания контрольных температур, (Аси )1, (аАТ)1, (аЖрРи)( - изменение погрешности средств измерения, режимной погрешности и погрешности взаимодействия за время измерений г

Структура погрешности СИ с использованием ДМРС имеет вид

- при измерении сопротивления

ДСИ=(АМ)«+(ЛМ)/1<2+(ДК)<Л>

где (Дм)а - абсолютная погрешность аттестации меры, (Ам),, -

нестабильность тарной меры на интервале времени (гь к) между сравнениями с мерой и контролируемым резистором, (Ац),^ - разница абсолютных погрешностей компаратора при первом и втором сравнениях,

- при измерении нестабильности

где (Ам), - нестабильность меры за время измерения нестабильности, д[(Ам)Г],2], - разница нестабильностей тарной меры на интервале времени (^А) за время измерения, Ак Дк) 1 - разница абсо-

1 Н 1г\

лютных погрешностей компаратора при первом и втором сравнениях за время измерения,

- при измерении температурного коэффициента сопротивления

(Леи )т{г2 =(дм)г,г2 +[(Ам),ДГ2 +л[(Дк)^]г1г2 '

где (Асн)т{Г2 ~ разница абсолютных погрешностей СИ при измерениях на первой и второй контрольных температурах (за время измерения), (Ам)г,г2_ нестабильность меры за время измерения;

А|(АМ)// 1, - разница нестабильностей тарной меры на интервале

времени 015?2) за время измерения, д[(Ак)л, 1 - разница абсо-

' 2 12

лютных погрешностей компаратора при первом и втором сравнениях за время измерения

При измерении ТКС одна из мер и первое разновременное сравнение могут быть исключены, за счет чего снижается вклад случайных составляющих погрешности, тогда данная процедура сводится к разновременному сравнению сопротивлений контролируемого резистора при температурах Т\ и Т2 через посредство меры или тарной меры, а последнее выражение принимает вид

м

Сопоставление полученных выражений показывает, что независимо от решаемой измерительной задачи в структуру погрешности СИ, использующих ДМРС, входит составляющая, которая представляет собой разность абсолютных погрешностей компаратора при первом и втором сравнениях

Учитывая то, что в структуру погрешности компаратора в общем случае входят аддитивная, мультипликативная составляющие и погрешность нелинейности

Дк - Д0 + УХ + УНХ ,

где А0 - абсолютная аддитивная погрешность, у - относительная мультипликативная погрешность, ун - относительная погрешность нелинейности, х - измеряемая величина (в данном случае - относительная разность сопротивлений), получена структура результирую-

щей погрешности, вносимой компаратором, при использовании ДМРС

(Юп = Л012 +(.Уп + ТН12>1 + (Т2 + > (3)

где Ао12'У12>Тн12 ~~ разница аддитивных, мультипликативных и погрешностей нелинейности при первом и втором сравнениях, х] — начальный разбаланс компаратора в единицах измеряемой величины, у2,Ун2 ~ относительные мультипликативная и погрешность нелинейности при втором сравнении

Специфической в (3) является вторая составляющая, имеющая смысл аддитивной, особенностью которой является зависимость от начального разбаланса и изменения мультипликативной и погрешности нелинейности при первом и втором сравнениях, что особенно существенно при использовании в качестве компаратора неуравновешенной мостовой цепи и накладывает ограничения как на начальные отклонения от номинальных значений мер и контролируемых сопротивлений, так и на диапазон измерения Составляющие с индексом 12 указывают также на накопление случайных погрешностей При анализе погрешностей компаратора предложено придерживаться следующей последовательности

1 Записать выражение для начального разбаланса идеального компаратора и на его основе получить структуру мультипликативной погрешности и погрешности нелинейности

2 Последовательно вводя в рассмотрение паразитные параметры, получить выражение для погрешности от каждого из них, анализируя принадлежность к аддитивной или мультипликативной составляющим

3 Записать выражение для результирующей погрешности в соответствии со структурой (3)

Рассмотренные модели погрешностей резистора и средств измерения, а также методика анализа погрешностей компаратора положены в основу всех разработок автоматизированного оборудования измерения характеристик прецизионных резисторов На базе 4- и 6-плечей мостовых цепей реализованы -автоматизированная установка измерения ТКС прецизионных резисторов 13АС-1/10-009-072 с погрешностью до ±0,2 10~б °С-1, обеспечивающая производство резисторов в диапазоне сопротивле-

ний I Ом - 20 МОм с допускаемым отклонением от номинального значения ±(0,005-1) % и ТКС ±(3-50) • 10"6 °С-1,

-автоматизированные установки измерения ТКС сверхпрецизионных резисторов УИЭРПП - 0,05 10^-011 с погрешностью до ±0,05 Ю^С"1 и относительной разности сопротивлений УИЭ РПЭ -1 10"4-043 с погрешностью до ±0,00003 %, обеспечившие разработку новых типов резисторов в диапазоне сопротивлений 1 Ом - 1 МОм с допускаемым отклонением сопротивления от номинального значения ±(0,001-0,01) %, временной нестабильностью до 0,0005 % за 2000 ч и ТКС ±(0,3-3)'Ю^С"1,

- автоматизированная установка измерения коэффициентов деления высоковольтных тонкопленочных делителей напряжения с погрешностью измерения 0,0005 % В установке использован новый способ измерения коэффициентов деления 4-декадных делителей с использованием 3-декадного образцового делителя

На базе компенсационно-мостовой цепи (компаратора сопротивлений Р3015) реализована автоматизированная установка УВК РПЭ - 900-028 с погрешностью измерения относительной разности сопротивлений до 0,00005 % и измерения ТКС до ±0,1 10~6С~' в диапазоне сопротивлений 0,1 Ом - 10 МОм, обеспечившая разработку тонкопленочных резисторов с допускаемым отклонением сопротивления от номинального значения и нестабильностью ±(0,001-0,002) % и ТКС ±(0,5-1) Ю^6 °С-1

Проведенные исследования предельных возможностей известных мостовых цепей показали, что неисключенная систематическая погрешность (НСП) от влияния сопротивления подводящих проводов находится на уровне 1,5 10~7, от вариации сопротивления изоляции измерительных цепей - на уровне 3 10~8, СКО случайной погрешности от шумов измерителя разбаланса при измерительной мощности

1 мВт - на уровне 2 10~8, а при измерительной мощности 10 мкВт-

2 10~7

Это предопределило поиск путей дальнейшего совершенствования мостовых цепей Теоретически и экспериментально исследована 8-плечая мостовая цепь, в которой НСП от вариации сопротивления подводящих проводов снижена до 2 10~8

На базе 8-плечей мостовой цепи создан макет автоматизированной установки измерения относительной разности сопротивлений 100, 1000,6453,2, 10000,12906,4 Ом с СКО и НСП до 3 • 10~8.

Предложена новая 12-плечая мостовая цепь, которая сохраняет все достоинства 8-плечей мостовой цепи и позволяет исключить замещение из процедуры измерений, благодаря чему снижается случайная составляющая погрешности измерения и в 2 раза увеличивается производительность контроля.

Все разработанные установки имеют кассетную загрузку, прецизионное термостатирующее оборудование и обеспечивают автоматическую коммутацию контролируемых изделий к измерительной схеме, управление работой составных частей, протоколирование результатов измерений и режим самоповерки метрологических характеристик

В приложении А приводятся результаты измерения шумовых характеристик нановольтметра В2-39, адаптированного для работы с высокоомными источниками сигналов

В приложении Б приводятся технические характеристики и внешний вид разработанных устройств

В приложении В представлены акты внедрения В заключении подведены итоги теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в работе, и намечены некоторые перспективные направления дальнейших исследований, заключающиеся в распространении предложенного подхода к анализу погрешностей и проектированию АП по заданным точностным характеристикам и сферы использования структурных методов повышения точности на преобразователи параметров многоэлементных двухполюсников, разработке автоматизированных средств измерения сопротивления и ТКС для обеспечения производства резисторов с временной нестабильностью ±(0,0001-0,0002) % за 2000 ч и ТКС ±(0,1-0,3) Ю-6 °С~' для мер электрического сопротивления, аттестуемых по квантовому реперу

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Выполнены систематизация и анализ перспективного класса средств измерения параметров электрических цепей с активными преобразователями, позволяющие свести все многообразие этих

средств к ограниченному числу обобщенных структур и установить общие закономерности образования погрешностей

2 Разработаны основы новой методики анализа погрешностей АП и синтеза их по заданным точностным характеристикам

3 Разработаны и исследованы методы построения преобразователей со структурной коррекцией погрешности, обладающие повышенной точностью в широком диапазоне частот.

4 Разработаны новые средства измерения характеристик прецизионных резисторов на этапах межоперационного и финишного контроля, позволившие ввести в техпроцесс операцию подгонки ТКС и создать резисторы с ТКС ± (0,3-1) • Ю^СГ1.

5 Результаты проведенной работы явились существенным вкладом в промышленное освоение и серийный выпуск прецизионных резисторов С5-60, С5-60А, С5-60В, наборов тонкопленочных резисторов, высоковольтных прецизионных делителей напряжения и разработку новых типов изделий

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1 Кузнецов, Е Н Анализ погрешностей квазиуравновешенных преобразователей параметров пассивных двухполюсников / Е Н Кузнецов // Измерительная техника - М ФГУП «Стандартинформ», 2006 -№ 3 - С 55-58

2 Кузнецов, Е Н Анализ погрешностей средств измерения характеристик прецизионных резисторов при использовании дифференциального метода в сочетании с методом разновременного сравнения / Е Н Кузнецов // Метрология -М ФГУП «Стандартинформ», 2006 -№2 -С 30-38

3 Кузнецов, Е Н Автоматизированная установка измерения ТКС сверхпрецизионных резисторов / Е Н Кузнецов // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика -2006 -№2 -С 60-61

4 Кузнецов, Е Н Автоматизированная установка измерения относительной разности сопротивлений сверхпрецизионных резисторов/ Е Н Кузнецов // Приборы и техника эксперимента - 2006. - № 1 - С 85-87

5 Kuznetsov, ENA Computer-Aided Setup for Measurements of the Relative Resistance Differences of Super-Presision Resistors /EN Kuznetsov // Instruments and Experimental Techniques - 2006 - Vol 49 - № 1 - P 77-79

6 Кузнецов, Е Н Сравнительный анализ точностных и динамических характеристик двух систем преобразования параметров пассивных электрических величин в активную величину / Е. Н Кузнецов, Н К Юрков, Н Е Кузнецов // Измерительная техника - М • ФГУП «Стандартинформ», 2007 -Ife2 -С 54-57

7 Анализ погрешностей активных преобразователей пассивных электрических величин / Е. Н. Кузнецов, Н К. Юрков, Н. Е Кузнецов, Б В Цы-пин // Измерительная техника - М ФГУП «Стандартинформ», 2006 -№7 -С 50-51

8 Кузнецов, Е Н. Преобразователи параметров пассивных величин с коррекцией погрешности / Е Н Кузнецов, С М. Фельдберг, К Н Чернецов // Приборы и системы управления - 1978 - № 2 - С 20-22

9 Прибор для измерения и регистрации C-V и G-V характеристик полупроводниковых структур / Б В. Цыпин, В Г. Путилов, В Ф Рыжов, С М Фельдберг, Е Н Кузнецов// Приборы и системы управления -1980 -№ 1 — С.33—34.

10 Кузнецов, Е. Н Физические и метрологические аспекты создания сверхпрецизионных резисторов / Е. Н Кузнецов, Р Р Аванесян, А В Блинов // Измерительная техника - М. • Изд-во стандартов, 1999 - № 7. - С 26-28

11 Kuznetsov, ENA comparative analysis of the accuracy and dynamic characteristics of two systems for converting the parameters of passive electrical quantities into an active quantity / E. N Kuznetsov, N K. Yurkov, N E. Kuznetsov // Measurement Techniques, Springer - New York - Volume 50 - Number 2 / February, 2007.-P 184-189

Монография

12 Кузнецов, E H Структурно-алгоритмические методы повышения точности измерения параметров электрических цепей монография/Е Н Кузнецов. - Пенза. Инф.-издат. центр Пенз. гос. ун-та, 2007. - 160 с.

Публикации в других изданиях

13 Кузнецов, Е. Н Устройство для измерения параметров ёмкостных и индуктивных сопротивлений / Е Н Кузнецов // Автоматизация производственных процессов и унификация аппаратуры - Саратов Изд-во Саратов ун-та, 1977 -С 97-100

14 Кузнецов, Е Н Сравнительный анализ точностных характеристик квазиуравновешенных преобразователей параметров электрических цепей / Е Н Кузнецов // Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике КЛИН-2004 - тр Междунар конф / под общ ред JI И Волгина - Ульяновск УлГТУ, 2004 - Т 4 Схемно-то-пологические модели активных электрических цепей синтез, анализ, диагностика -С 61-63

15 Кузнецов, Е H Методы и средства измерения параметров электрических цепей / Е H Кузнецов // Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике КЛИН-2006 тр Между-нар конф / под общ ред Л И Волгина - Ульяновск УлГТУ, 2006 -Т 4 Схемно-топологические модели активных электрических цепей: синтез, анализ, диагностика - С 127-129

16 Кузнецов, Е H Векторная относительная погрешность как показатель точности активных преобразователей параметров пассивных электрических цепей/ Е H Кузнецов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах сб материаловМеждунар.науч-техн конф -Пенза,2004 — С 142—143

17 Кузнецов, Е H Анализ погрешностей средств измерения характеристик прецизионных резисторов при использовании дифференциального метода в сочетании с методом разновременного сравнения / Е H Кузнецов // Надежность и качество тр Междунар симп / под ред H К Юркова -Пенза ■ Изд-во Пенз гос ун-та, 2006 - Т 1 - С 356-358

18 Обобщенный анализ двухканальных активных преобразователей параметров электрических цепей / А И Годунов, Е H Кузнецов, В К Юрков, А Г Царев, Г Г Беликов, H Е Кузнецов // Надежность и качество . тр Междунар симп / под ред H К Юркова - Пенза Изд-во Пенз гос ун-та, 2007 - С 379-382

19 Кузнецов, Е H Автоматизированное оборудование для измерения параметров сверхпрецизионных резисторов/Е H Кузнецов // Методы и средства измерений в технических системах тез докл Междунар конф -Пенза, 2004 - С 139-142

20 Кузнецов, Е H Повышение точности и расширение частотного диапазона преобразователей параметров пассивных двухполюсников в напряжение/Е H Кузнецов // Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей параметров электрических сигналов и цепей Измерительные преобразователи параметров электрических цепей тез докл Всесоюз науч -техн семинара - Ульяновск, 1978 - С 24-25

21 Кузнецов, Е H К анализу погрешностей активных преобразователей пассивных электрических величин / Е Н.Кузнецов -М, 1981 -9 с -Деп в ВИНИТИ, №1()2-Д81

22 Кузнецов, Е H Сравнительный анализ точностных и динамических характеристик двух схем для преобразования параметров пассивных электрических величин в активную величину / Е H Кузнецов - M, 1979 -9 с - Деп в ВИНИТИ, № 26-Д79

23 Способ коррекции методической погрешности преобразования комплексного сопротивления в напряжение / В П Арбузов, Е H Кузнецов, Е П Осадчий, К H Чернецов // Структурные методы повышения точности,

быстродействия и чувствительности измерительных устройств и систем тез докл IV республиканской науч-техн конф —Киев, 1981 —С 200—201

24 Кузнецов, Е Н Резистор как объект измерения и вопросы метрологического обеспечения прецизионных резисторов / Е. Н Кузнецов, В И Филиппов, Ю В Шишков // Электронная техника Сер Радиодетали и радиокомпоненты -М, 1989 -Вып 1 (74).- С 16-18

25 Кузнецов, Е Н Погрешности резисторов / Е Н Кузнецов, В И Филиппов, Ю. В Шишков // Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты -М, 1990 -Вып 2(79) - С 13-16.

26 Кузнецов, Е Н Самонагрев резисторов С5-60 в различных средах / Е Н Кузнецов, В Н Апексимов, Ю В Шишков// Электронная техника Сер Радиодетали и радиокомпоненты - М, 1986 - С 67-68

27 Кузнецов, Е Н Влияние самонагрева на погрешность измерения ТКС / Е Н. Кузнецов, Ю В Шишков // Электронная техника. Сер Радиодетали и радиокомпоненты. - М , 1988 - Вып 1 (74) - С 23-24

28 Кузнецов, Е Н Проблема анализа погрешностей измерения характеристик прецизионных резисторов / Е Н. Кузнецов, С Б Кутыркин, А Н Лу-гин // Электронная промышленность - 1995. - № 2. - С. 46—47

29 Автоматизированное оборудование для измерения характеристик прецизионных резисторов / Л С Ганопольский, Е Н Кузнецов, Б В Цы-пин, Ю В Шишков //Электронная промышленность -1991 -№4 -С 84

30 Автоматизированное оборудование для измерения сопротивления и ТКС постоянных прецизионных резисторов и термометров сопротивления / Л С Ганопольский, Е Н Кузнецов, Б В Цыпин, Ю. В Шишков // Состояние элементной базы, технологии производства и контроля изделий электронной техники тез докл Всесоюз конф -Пенза, 1991 -С 60

31 Кузнецов, Е Н Исследование мостовой цепи для автоматизированного компаратора сопротивлений наивысшей точности // Е Н Кузнецов, С Б Кутыркин, А Н Лугин// Методы и средства измерения в системах контроля и управления тез докл конф -Пенза, 1994 -С 56

32 Кузнецов, Е. Н Способ контроля коэффициентов деления прецизионных делителей напряжения / Е Н Кузнецов, С Б Кутыркин, А Н Лугин // Методы и средства измерения в системах контроля и управления тез докл конф - Пенза, 1994 - С 57

33 Кузнецов, Е Н Установка измерения ТКС прецизионных резисторов / Е Н Кузнецов, Ю В Шишков // Развитие электронной базы приборостроения тез докл республиканской конф —Кишинев, 1986 —С 52

34 Кузнецов, Е, Н Преобразователь параметров пассивных комплексных величин / Е Н Кузнецов, С М Фельдберг, К. Н. Чернецов // Обработка информации в автоматических системах межвуз сб ст.-Рязань, 1975.-Вып 2 -С. 221-225

35 Автоматизированный компаратор сопротивлений сверхпрецизионных резисторов / Е Н Кузнецов, С А Кузнецов, С Б Кутыркин, А Н Путин И Методы и средства измерения в системах контроля и управления тез докл Междунар конф - Пенза, 2002. - С 117-118

36 Повышение точности преобразования выходных сигналов параметрических датчиков / Е Н Кузнецов, Е П Осадчий, С М Фельдберг, К Н Чернецов // Цифровая информационно-измерительная техника Межвуз сб науч тр -Пенза, 1979 -Вып 9 - С 98-101

37. А с 658508 СССР, G01R31/26, G01R27/26 Устройство для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур / С Ш Балтянский, В В Зверева, Е Н Кузнецов, С Е Лях, С М Фельдберг, А Г Рыжевский, Б В Цыпин, К. Н Чернецов // Внедренные изобретения Библиографическая информация ВНИИПИ - Москва, 1981 -№ 1(69) -С 107

38 А с 658508 СССР, G01R31/26, G01R27/26 Устройство для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур / С Ш Балтянский, В В Зверева, Е Н Кузнецов, С Е Лях, С М Фельдберг, А Г Рыжевский, Б В Цыпин, К Н Чернецов - Опубл в бюл, 1979 -№ 15

39 А с 1545009 СССР, G01K7/16 Способ измерения самонагрева резисторов /Е Н Кузнецов, Л С Ганопольский, Ю В Шишков - Опубл в бюл, 1990 -№7

40 Пат РФ 2248578, G01R17/18 Мостовая измерительная цепь / Е Н Кузнецов - Опубл в бюл, 2005 - № 8

41 А с 1334094, СССР, G01R27/00 Декада электрических сопротивлений / Л С Ганопольский, Е Н Кузнецов, Ю В Шишков - Опубл в бюл, 1987 -№32

42 А с 691778 СССР, G01R27/02 Преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников / Е Н Кузнецов, С М Фельдберг, К Н Чернецов - Опубл в бюл, 1979 -№36

43 А с 510677 СССР, G01R2700 Преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников / Е Н Кузнецов, С М Фельдберг, К Н Чернецов - Опубл в бюл, 1976 -№14

44 А с 504979 СССР, G01R17/00 Квазиуравновешенный мост переменного тока / Е Н Кузнецов, С М Фельдберг, К Н Чернецов - Опубл в бюл, 1976 -№ 8

45 А с 540225 СССР, G01R27/00 Преобразователь параметров элементов электрических цепей в напряжение / Е Н Кузнецов, С М Фельдберг, К Н Чернецов -Опубл в бюл, 1976 -№47

Кузнецов Евгений Николаевич

Структурные методы повышения точности измерения параметров электрических цепей

Специальность 05 11 01 — Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)

Редактор Т Н Судовчихина Технический редактор Н А Вьялкова

Корректор Н А Сидельникова Компьютерная верстка Н В Ивановой

ИД № 06494 от 26 12 01 Сдано в производство 04 06 07 Формат 60x84^/16 Бумага писчая Печать офсетная Уел печ л 1,86 Заказ № 414 Тираж 100

Издательство Пензенского государственного университета 440026, Пенза, Красная, 40

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ (ЭЦ) с

АКТИВНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ (АП).

1.1. Структуры преобразователей параметров ЭЦ с АП и их функциональные возможности

1.2. Погрешности преобразователей параметров ЭЦ с АП и методы их анализа.

1.3. Методы и средства измерения сопротивления с наивысшей точностью.

Параметры электрических цепей ЭЦ - модуль и аргумент, активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления (КС) и проводимости (КП), параметры отдельных элементов схем замещения различных объектов, представляемых в виде электрических цепей -образуют большую группу измеряемых величин и несут информацию о физико-химических свойствах сырья и материалов, в том числе полупроводниковых структур, ходе технологических процессов, качестве готовой продукции и являются выходными сигналами обширного класса параметрических датчиков.

Большой вклад в решение проблемы измерения параметров ЭЦ внесли Ф.Б. Гриневич, К.Б. Карандеев, В.Ю. Кнеллер, А.И. Мартяшин, А.Д. Нестеренко, K.M. Соболевский, В.М. Шляндин, Г.А. Штамбергер, C.JI. Эпштейн и их ученики [1.7] .

Наиболее точными и универсальными средствами измерения параметров ЭЦ являются мосты переменного тока [3, 4] . Так мост переменного тока Р5083 [8] для точных измерений емкости С, индуктивности L, активного сопротивления R, добротности QR, тангенса угла потерь tqöw отклонения параметров С, L, R от заданного значения обеспечивает автоматический выбор схемы замещения и характера реактивности объекта измерения на рабочих частотах от 0,1 до 100 кГц (3000 дискретно устанавливаемых частот) имеет класс точности 0,02/0,002 и 0,005/0,0002 при калибровке по внешней образцовой мере. Однако автоматические мосты переменного тока остаются наиболее сложными и дорогими приборами с двумя системами уравновешивания, многозначными кодоуправляемыми мерами сопротивления, емкости или мерами отношения на базе трансформаторов с тесной индуктивной связью.

Стремление повысить быстродействие мостов переменного тока и упростить их привело к разработке преобразователей параметров ЭЦ в активные скалярные величины, удобные для восприятия и последующих преобразований [20] . Основным узлом таких преобразователей является активный преобразователь (АП) [20] (компенсационно-мостовая цепь прямого уравновешивания [21.23] , самоуравновешивающаяся цепь[24]).

Актуальность и народно-хозяйственное значение разраб отки таких преобразователей заключается в том [9], что на их базе и с использованием уже имеющихся серийных измерителей скалярных величин можно создать целый ряд специализированных, узко ориентированных измерителей параметров комплексных величин, потребность в которых велика и непрерывно растет.

АП в преобразователях параметров ЭЦ в скалярные величины реализует первый этап существенных преобразований информации [3] при измерении пассивных величин - переход от пассивной величины к активной. Стимулирующим фактором повышения интереса к преобразователям ЭЦ с АП являются достижения микроэлектроники, создающие предпосылки для непрерывного улучшения характеристик таких преобразователей.

Например, в [25] имеются сведения о преобразователях, выполненных на одной микросхеме.

В зависимости от формы напряжения или тока, подаваемого на исследуемый объект, преобразователи параметров ЭЦ в скалярные величины делятся на два большие класса - преобразователи с синусоидальным воздействием и преобразователи с несинусоидальным воздействием [11-14,2 6,27]. При синусоидальном воздействии может ставиться задача измерения как обобщенных параметров в виде модуля и фазового угла, активной и реактивной составляющих КС (КП) электрической цепи, так и элементов двухполюсника, представляемого схемой замещения в виде электрической цепи. При несинусоидальном воздействии может ставиться задача измерения параметров элементов электрической цепи. В то же время, элементы схемы замещения многих реальных объектов могут отождествляться с идеализированными элементами цепи лишь на одной частоте [28] , а, следовательно, при несинусоидальном воздействии неизбежны методические погрешности от несоответствия модели объекту.

Поэтому, а также в связи со спецификой поставленных перед автором практических задач, в работе рассматриваются преобразователи с синусоидальным воздействием.

В последнее время выполнено ряд диссертационных работ, посвященных, в основном, разработке преобразователей параметров двух- и многоэлементных цепей в плане обеспечения требуемых функциональных возможностей.

Вместе с этим, недостаточно исследованы вопросы обеспечения требуемой точности собственно АП - основного узла преобразователей рассматриваемого класса. На сегодня отсутствует удобная для практического использования методика анализа погрешности и проектирования АП по заданным точностным характеристикам, не выяснены общие закономерности и особенности образования погрешностей, вносимых АП, в разработанных обобщенных структурах преобразователей параметров ЭЦ. В начальной стадии находятся исследования по структурной коррекции погрешностей АП параметров ЭЦ, хотя в АП напряжения (масштабных преобразователях, интеграторах и дифференциаторах) структурные методы повышения точности находят применение. Реализация этих методов в АП параметров ЭЦ позволила бы повысить точность преобразования в широком диапазоне частот тест-сигнала .

Вопросы обеспечения заданной точности АП должны быть, прежде всего, решены для наиболее распространенных и важных в практическом' отношении задач преобразования модуля и аргумента, активной и реактивной составляющих КС (КП) или элементов ЭЦ, представляемых двухэлементной схемой замещения. Решение указанных вопросов является необходимой базой для соответствующих исследований преобразователей параметров и многоэлементных ЭЦ. К тому же измерение модуля и фазового угла, активной и реактивной составляющих в диапазоне частот является одним из путей решения задачи измерения параметров многоэлементных ЭЦ [2 9].

Особое место среди элементов электрических цепей занимают резисторы, которые являются наиболее распространенными и точными.

Прецизионные резисторы являются неотъемлемой частью большинства измерительных приборов, где используются в качестве опорных элементов.

В области прецизионного резисторостроения к середине 8 0-х годов созданы резисторы с допускаемым отклонением сопротивления ± (0, 001.0, 002) %, нестабильностью до ±0, 0005% и ТКС (0, 3-0, 5) • 10~6 ° С"1 [30-32].

Для получения таких характеристик используется 100% контроль сопротивления и ТКС и селекция резисторов с указанными параметрами. Это потребовало создания соответствующего автоматизированного технологического оборудования, непременными атрибутами которого является кассетная загрузка, автоматическая коммутация контролируемых резисторов к измерительной схеме, наличие прецизионных средств задания температурного режима при измерении, статистическая отработка результатов многократных наблюдений при измерениях, протоколирование результатов, самоповерка метрологических характеристик.

Дальнейшее улучшение характеристик прецизионных резисторов ограничивается существующей эталонной базой [33]. Так, нестабильность мер электрического сопротивления с номинальными значениями сопротивления 10, 102, 103, 104, 105 Ом, входящих в состав рабочих эталонов, составляет соответственно (0,5; 0,4; 0,8; 1,2; 1,1) • 10"6 [34] .

С внедрением в практику измерения сопротивления квантового эффекта Холла [35-39] в нашей стране и за рубежом созданы ряд ручных установок компарирования сопротивления Холловского датчика и традиционных мер сопротивления с погрешностью (2-3) -Ю-8, созданы переходные меры для передачи размера сопротивлений 6453,2 и 12906,4 Ом к мерам сопротивления с десятично-кратными значениями. Все это позволяет осуществлять контроль стабильности традиционных мер сопротивления, отобрать меры с годовой нестабильностью (1-2) -Ю"7 и создает предпосылки для разработки и производства прецизионных резисторов с нестабильностью ±(0,0001-0,0002)% и менее [40-44].

Последнее также требует создания соответствующего автоматизированного технологического оборудования.

Исходя из сказанного, целью диссертационной работы является разработка методов повышения точности измерения параметров электрических цепей за счет структурной коррекции погрешностей.

Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Выявление общих закономерностей образования погрешностей, вносимых АП, и сравнительный анализ разработанных к настоящему времени обобщенных структур преобразователей.

2. Разработка методики инженерного проектирования АП параметров ЭЦ по заданным точностным характеристикам.

3. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование структурных методов повышения точности активных преобразователей;

4. Разработка приборов для измерения параметров ЭЦ, построенных по принципу преобразования комплексного сопротивления в напряжение переменного тока.

5. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование АП со структурной коррекцией погрешностей.

6. Анализ и систематизация методов и средств измерения сопротивления и ТКС прецизионных резисторов.

7. Разработка модели погрешности измерения параметров прецизионных резисторов.

8. Разработка автоматизированных средств измерения сопротивления и ТКС прецизионных резисторов наивысшей точности.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 212 наименований, трех приложений. Работа содержит 2 99 страниц основного текста, иллюстрируемого 7 3 рисунками на 2 5 страницах. Общий объем диссертации составляет 352 страницы.

Основные результаты и выводы по главе 5

1. Получена структура собственной погрешности резистора, позволяющая определить комплекс требований, предъявляемых как к резисторам, так и средствам измерения для достижения заданной точности.

2. Предложен способ определения температуры самонагрева и определены характеристики самонагрева новых типов резисторов.

3. Предложена структура погрешности измерения сопротивления, нестабильности сопротивления во времени и ТКС, учитывающая самонагрев.

4. Получена структура погрешности средств измерения при использовании ДМРС, являющаяся основой синтеза средств измерения по заданным точностным характеристикам.

5. Проведен анализ компаратора на базе б-плечей МИЦ и установлены его предельные возможности по точности, определяемые сопротивлением изоляции, вариацией сопротивления подводящих проводов и шумами ИР.

6. Теоретически и экспериментально исследована 8-плечая МИЦ и доказана возможность создания на ее основе компаратора сопротивлений с СКО и НСП на уровне 3-Ю"8.

7. Предложена новая МИЦ, сохраняющая все достоинства 8-плечей МИЦ и позволяющая кроме того исключить замещение из процедуры измерения при погрешности ком-парирования до 0,0001%.

8. Разработана гамма автоматизированного оборудования наивысшей точности для измерения характеристик прецизионных резисторов и изделий на их основе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные итоги теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в настоящей работе, сводятся к следующему:

1. Проведена систематизация преобразователей параметров ЭЦ с АП, позволившая представить многообразие существующих преобразователей ограниченным числом обобщённых структур.

2. Разработаны основы новой методики анализа погрешностей АП и синтеза их по заданным точностным характеристикам .

3. Установлены общие закономерности образования погрешностей АП в разработанных к настоящему времени обобщённых структурах преобразователей составляющих КС (КП). Показано, что погрешность, вносимая АП в результат преобразования каждого параметра ЭЦ, содержит две составляющие - собственную погрешность и погрешность взаимного влияния - с разным характером зависимости от преобразуемых параметров. Погрешность взаимного влияния ограничивает диапазон соотношений преобразуемых параметров ЭЦ. Установлено, что в двух структурах преобразователей устраняется погрешность взаимного влияния по одному из параметров, что позволяет расширить диапазон измерения по этому параметру в сторону меньших значений.

4. Рассмотрены возможности структурной коррекции методических погрешностей при двухканальной реализации АП и показано, что специфика построения двухканальных АП с коррекцией заключается в формировании выходного напряжения дополнительного канала. Предложены способы формирования этого напряжения, основанные на регулировании коэффициента передачи дополнительного канала, дублировании исследуемого двухполюсника, выделении тока, протекающего через исследуемый двухполюсник. При преобразовании составляющих КС (КП) предложено сочетать уравновешивание по одному из параметров с коррекцией по другому.

5. Разработаны и исследованы методы построения преобразователей со структурной коррекцией погрешностей обладающая повышенной точностью в широком диапазоне частот.

6. Проведен обзор методов и средств измерения сопротивления и установлено, что наивысшая точность в сочетании с возможностью автоматизации достигается при использовании дифференциального метода в сочетании с методом разновременного сравнения (ДМРС) на базе мостовых, компенсационно-мостовых и потенциометрических схем.

7. Разработаны модели погрешности резистора и средств измерения характеристик прецизионных резисторов, являющиеся основой анализа и синтеза по заданным точностным характеристикам.

8. Разработаны новые средства измерения характеристик прецизионных резисторов на этапах межоперационного и финишного контроля, позволившие ввести в техпроцесс операцию подгонки ТКС и создать резисторы с ТКС ± (0,3-1) • 10~6 °СГ1

9. Результаты проведенной работы явились существенным вкладом в промышленное освоение и серийный выпуск прецизионных резисторов С5-60, С5-60А, С5-60В, наборов тонкопленочных резисторов, высоковольтных прецизионных делителей напряжения и разработку новых типов изделия.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке приборов для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик АМЦ1515 и АМЦ1531, выпускаемых Пензенским НИИ Контрольприбор по заказам предприятий страны и гаммы автоматизированных установок наивысшей точности для измерения характеристик прецизионных резисторов и изделий на их основе, внедренных в НИИ электронно-механических приборов г. Пензы и на предприятиях прецизионного резисторостроения г. г. Белгород-Днестровского и Учкекена.

В плане дальнейшего развития проведенных исследований целесообразно распространить подход к анализу погрешностей и синтезу АП по заданным точностным характеристикам, основанный на использовании в качестве показателя точности векторной погрешности, на случаи преобразования параметров трех- и многоэлементных двухполюсников различной структуры.

В отношении разработки и совершенствования АП со структурной коррекцией погрешностей можно выделить два перспективных направления:

298

- схемотехническая проработка уже имеющихся АП и последующее их исполнение в виде гибридных и интегральных микросхем;

- разработка новых структур АП с коррекцией погрешностей и распространение сферы их применения на решение задач преобразования параметров многоэлементных двухполюсников. Здесь больших возможностей следует ожидать от сочетания методов уравновешивания токов или напряжений на отдельных элементах двухполюсника с методами коррекции.

В плане разработки автоматизированного измерения характеристик прецизионных резисторов целесообразным является создание автоматизированной установки измерения относительной разности сопротивлений с погрешностью 1*1СГ7 и ТКС в диапазоне температур 19-21°С с погрешностью. (0,3-1) -Ю-7 "С"1, что обеспечит разработку резисторов с временной нестабильностью ± (0,0001 - 0,0002)% за 2000 часов и ТКС (0,1-0,3) -КГ6 °С-1, для мер сопротивления, аттестуемых по квантовому реперу.

1. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. - М.: Госэнергоиздат, 1963.

2. Нестеренко А.Д. Основы расчета электроизмерительных схем уравновешивания. Киев: Изд-во Академии наук УССР, 1954.

3. Кнеллер В.Ю. Автоматическое измерение составляющих комплексного сопротивления. M.-JI.: Энергия, 1967.

4. Трансформаторные измерительные мосты /Гриневич Ф.Б., Грохольский A.J1., Соболевский K.M., Цапенко М.П. Под ред К.Б. Карандеева. М.: Энергия, 1970.

5. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения / А.И. Мартяшин, Э.К. Шахов, В.М. Шляндин. М.: Энергия, 1976.

6. Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов /С. JI.Эпштейн, В.Г. Давидович, Г.И. Литвинов и др. Под ред. С.Л.Эпштейна М. : Сов. радио, 1978 .

7. Раздельное преобразование комплексных сопротивлений /Добров Е.Е., Татаринцев И.Г., Чорноус В.Н., Штамбергер Г.А. Львов: Вища школа, 1985. 8. Мост переменного тока АС Bidge Р-5083. Проспект з-да Точэлектроприбор. Внешторгиздат, 1990.

8. Сурду М.Н., Ламенко А.Л., Карпов В. И. (Украина), Кинард Ж., Хофман А. (США). Теоретические основы построения вариационных мостов переменного тока. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 2006, № 10, с. 58-64.

9. Сурду М.Н., Салюк В.П. Повышение точности автотрансформаторных мостов. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 1996, № 6, с. 61-63.

10. Передельский Г.И., Афонин Е.П. Синтез мостовых цепей с импульсным питанием. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 1998, № 6, с. 47-50

11. Передельский Г.И. Многотоплечи мостовые цепи с регулируемыми резисторами. Измерительная техника, М.: Изд. Стандартов, 1999, № 6, с. 50-54.

12. Передельский Р. И. Мостовые цепи с использованием частото-независимых двухполюсников. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 2000, №8, с. 53-56.

13. Передельский Г. И. Мостовые цепи с импульсным питанием. М.: Энергоатомиздат, 1988.

14. Кнеллер В.Ю. Состояние и тенденции развития средств автоматического измерения параметров цепей переменного тока. Измерения, контроль, автоматизация, 1993, № 1-2, с. 13-22.

15. Кнеллер В.Ю. Средства измерения параметров цепей переменного тока. Приборы и системы управления. 1998, №1, с. 64-68.

16. Кнеллер В.Ю. XV Всемирный конгресс ИМЕКО. Датчики и системы ИКА, 2000, №1, с. 39-40.

17. Кнеллер В.Ю. Преобразователи параметров электрических комплексных величин в унифицированный сигнал (тематическая подборка). //Приборы и системы управления, 197 8, № 1,с.18-19.

18. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексныхсопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 1996, №6, с. 56-60.

19. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. М. : Сов.радио, 1971.

20. Быстродействующие электронные компенсационно-мостовые приборы /К.Б. Карандеев, Ф.Б. Гриневич, А. Л. Грохольский и др. Под ред. К.Б. Карандеева. М. : Энергия, 1970.

21. Гриневич Ф.Б., Новик А. И. Измерительные компенсационно-мостовые устройства с емкостными датчиками Киев: Наукова думка, 1987.

22. Соловьев А. Л. Развитие компенсационно-мостовых методов построения измерительных преобразователей для емкостных и индуктивных датчиков //Приборы и системы управления, 1995, №6, с. 20-23.

23. Кнеллер В.Ю. Принципы построения преобразователей комплексных величин с самоуравновешивающимися цепями. //Автоматика и телемеханика, 1971, № 2, с.143-153.

24. Эхман М. Использование измерителя проводимости на одной ИС для контроля солевого раствора. //Электроника (рус. пер.), 1977, № 19, с.74-76.

25. Свистунов Б.А. Преобразователь параметров емкостных и индуктивных сопротивлений. Измерительная техника. М.: Изд. Стандартов, 2001, №6, с. 50-51.

26. Свистунов Б.Л. Структурно-алгоритмические методы синтеза средств инвариантного измерения параметров электрических цепей. Автореф. Докт. дисс., Пенза, 2004.

27. Измерения в промышленности. Справочник. /В. Бастель, Г. Бендгет, П. Бервегер. Под ред.П.Профоса.

28. Пер. с нем. под ред. Д.И. Агейкина М. : Металлургия, 1980 .

29. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. М. : Энергоатомиздат, 1986. - 257 с.

30. Vishay resistive systems Group. Shot form catalog, bulletin SF-100B.

31. Inter electronic, № 402, Nov 26.

32. Буц В.П., Платонов A.B., Сергеев В.M., Фадеев А.И., Филиппов В.И. Прецизионные резисторы для измерительной техники //Электронная промышленность, 1985, №8, с.22.

33. Антонов Г.А., Ковалев А.Г., Кутыркин С. Б., Солодимова Г.А. Эталонная база прецизионного резисторостроения //Электронная промышленность, 198 9, №12, с.22-23.

34. Шигорин В.П., Литвинов Б.Я., Погосова Л. И. Стабильность однозначных мер электрического сопротивления 10"3-105 Ом //Измерительная техника. М. : Изд. Стандартов, 1984, №10, с.46-47.

35. Клаус фон Клитцинг. Квантовый эффект Холла //В мире науки, 1986, с.28-40.

36. Краснополин И.Я., Пудалов В.М., Семенчинский С. Г. Физический репер сопротивления на основе квантового эффекта Холла. //Приборы и техника эксперимента, 1987, №6, с. 5-24.

37. Работы национальной метрологической лаборатории по измерению квантового сопротивлении Холла //Экспресс информация. Серия «Контрольно-измерительная техника», 1989, №6, с.5-24.

38. Современное понимание квантового эффекта Холла //Экспресс информация. Серия «Контрольно-измерительная техника», 1989, №30, с.17.

39. F.Delahaye. Present state or quantized-Hall-resistance metrology //Metrología, 1988, v. 25, №2, c. 73-79.

40. И.Я. Клебанов, Б. Я. Литвинов, О. И. Киян. Эталоны единицы электрического сопротивления постоянного/переменного тока нового поколения //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2000, №10, с.70-75.

41. Ф.Е. Курочкин, А. В. Плошинская, Ю.П.Семенов, И. В. Хахамов, В. П. Шигорин. Государственный эталон единицы электрического сопротивления на основе использования квантового эффекта Холла //Измерительная техника, М. : Из-во стандартов, 1990, №12, с.3-4.

42. Аванесян Р.Р., Блинов А.В., Кузнецов Е.Н. Физические и метрологические аспекты создания сверхпрецизионных резисторов. Измерительная техника. М.: Изд-во стандартов, 1999, №7, с.26-28.

43. Пудалов В.М., Семенчинский С. Г. Соловейчик Л.Ф., Яныш А.К., Буц В.П., Филлипов В.И. Меры сопротивления, паспортизированные по квантовому эффекту Холла //Приборы и техника эксперимента, 1988, №4, с.220.

44. Гаврилюк М.А., Соголовский Е.П. Электронные измерители С, L, R . -Львов: Вища школа, 1978.

45. Волгин Л. И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное М.: Сов. Радио, 1977 .

46. Добровинский И.Р., Бондаренко Л.Н., Блинов A.B. Повышение точности измерения параметров двухполюсников. Измерительная техника. М. : Изд. Стандартов 2002, №2, с. 49-53.

47. Агамалов Ю.Р., Кнеллер В.Ю., Курчавов В. И. Преобразователь емкости и проводимости, работающий в непрерывном диапазоне частот// Приборы и системы управления, 1978, № 1, с.21-23.

48. Бахмутский В.Ф., Николайчук О.Л., Стёпкин В.И. Преобразователи параметров комплексных сопротивлений для цифровых приборов и систем// Приборы и системы управления, 1978, № 1, с.19-21.

49. Алиев Т.М., Мелик-Шахназаров A.M., Шайн И. Л. Автокомпенсационные измерительные устройства переменного тока. М.: Энергия, 1977.

50. Мелик-Шахназаров A.M., Шайн И.Л., Абаринов Е.Г. Компенсационные измерительные устройства систем автоконтроля на переменном токе. М.: Энергия, 1971.

51. Алиев Т.М., Степанов В.II. Развертывающие компенсаторы комплексных величин. М.: Энергия, 1969.

52. Никулин В.И., Грохольский А.Л., Соболевский K.M. Быстродействующий измеритель составляющих комплексной проводимости //Автоматический контроль и методы электрических измерений. Труды VT1 Всесоюзной конференции. Новосибирск: Наука, 1971, с.199-202.

53. A.c. 739434 СССР G01R27/02. Преобразователь составляющих комплексных сопротивлений. /Гаврилюк М.А., Соголовский Е.П., Походыло Е.В. Опубл. в бюл., № 21, 1980 .

54. Бахмутский В.Ф. Универсальные цифровые измерительные приборы и системы. Киев: Техника, 1979.

55. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. М., Изд. Стандартов, 1996, № 6, с. 56-60.

56. Патент ФРГ № 24.37.44, Кл. G 01 R 21/26. Мергиске rur Messung der Kapaz.ita tund des Verlust -factors von etekristen und Wechselpannungskon.

57. Давидович В.Г., Плахова Э.В. Низкочастотный цифровой прибор МЦЕ-10 // Приборы и системы управления, 1971, № 3, с.15-17.

58. Шахов Э.К., Фролов В.М., Михотин В.Д., Андреев А.Б. Использование интегрирующих развертывающих преобразователей в режиме фазочувствительного детектирования // Известия вузов. Приборостроение, 1977, т.XX, № 5, с.5-10.

59. A.c. 464826 СССР G01R17/02. Способ раздельного измерения комплексных величин / Добров Е.Е., Чорноус В.Н. Опубл. в бюл., 1975, № 11.

60. A.c. 5717 91 СССР Н03К/00. Цифровой измеритель параметров реактивных двухполюсников/ Михотин В.Д., Рыжевская Т.Н., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Опубл. в бюл., 1977, № 33.

61. A.c. 664121 СССР G01R17/02. Устройство для контроля параметров комплексных сопротивлений /Голоцуков В.М., Дасевич С.И., Добров Е.Е., Чорноус В.Н., Штамбергер Г.А. Опубл. в бюл., 1979, № 19.

62. Агамалов Ю.Р., Кнеллер В.Ю., Курчавов В. И. Универсальный преобразователь составляющих комплексного сопротивления, работающий в непрерывном диапазоне частот// Тез. докл. Всесоюз. конф. «ИИС-75» Кишинев: МолдНИИНТЦ, 1975, т.2, с.77-78.

63. Разработка и исследование устройств для измерения характеристик МДП-структур: Отчет о НИР/Рук. Осадчий Е.П., гос. per. У76047298. Пенза, 1978, -68с.

64. Цыпин Б.В., Путилов В.Г., Рыжов В.Ф., Фельдберг СМ., Кузнецов E.H. Прибор для измерения и регистрации C-V и G- V характеристик полупроводниковых структур // Приборы и системы управления, 1980, № 1, с.33-34.

65. A.c. 572273 СССР G01R17/00. Устройство преобразования параметров комплексной проводимости /Агамалов Ю.Р., Курчавов В.И. Опубл. в бюл., 1977, № 34.

66. A.c. 525897 СССР G01R27/00. Преобразователь параметров комплексной проводимости /Арбузов. В.П., Лях С. Е., Фельдберг СМ., Чернецов В.Н. Опубл. в бюл., 1976, № 31.

67. Кнеллер В.Ю., Агамалов Ю.Р., Десова A.A. Автоматические измерители комплексных величин с координированным уравновешиванием. М.: Энергия, 1975.

68. A.c. 22034 6 СССР G01R29/02. Квазиуравновешенный мост переменного тока для одновременного измерения трех параметров комплексной проводимости /Гриневич Ф.Б.,

69. Соболевский K.M., Ахмаметьев М.А., Добров Е.Е., Казаков СМ. Опубл. в бюл., 19 68, № 20.

70. A.c. 18857 6 СССР G01R17/03. Автокомпенсационный мост для измерения емкости и тангенса угла потерь или индуктивности и добротности /Гриневич Ф.Б. Опубл. в бюл. 1967 №35.

71. A.c. 374544 СССР G01R17/03. Квазиуравновешенный мост переменного тока /Кнеллер Е.Ю. Опубл. в бюл., 1973, № 15.

72. A.c. 432399 СССР G01R17/14. Квазиуравновешенный мост /Кнеллер В.Ю. Опубл. в бюл., 1974, № 22.

73. A.c. 504979 СССР G01R17/00. Квазиуравновешенный мост переменного тока /Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1976,8 .

74. A.c. 523364 СССР G01R27/00. Способ преобразования параметров комплексных сопротивлений /Арбузов В.П., Фелъдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1976, № 28 .

75. Кузнецов E.H. Устройство для измерения параметров емкостных и индуктивных сопротивлений. //Автоматизация производственных процессов и унификация аппаратуры. Изд. Саратовского университета, 1977, с.97-100.

76. Патент 3.631.336 (США) кл. 324-57. Circuit for determining deviation from resonance of LC Networks by cancelling inphase component and sensing quadrature component.

77. A.c. 538302 СССР G01R17/00, G01R27/00. Преобразователь параметров нерезонансных пассивныхтрехэлементных двухполюсников /Маланин В.И., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1976, № 45.

78. A.c. 691778 СССР G01R27/02. Преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников /Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1979, № 38.

79. A.c. 510677 СССР G01R27/00. Преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников /Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1976, № 14.

80. Кузнецов E.H., Юрков Н.К., Кузнецов Н.Е., Цыпин Б. В. Анализ погрешностей активных преобразователей пассивных электрических величин // Измерительная техника, ФГУП Стандартинформ, с. 50-51

81. A.c. 234508 СССР G01R27/02. Способ измерения параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников /Соболевский K.M., Казаков С.М., Новицкий С.П. Опубл. в бюл., 1969, № 4.

82. A.c. 536437 СССР G01R17/06. Преобразователь параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников /Маланин В.П., Фельдберг С.М./ Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1976, № 43.

83. A.c. 817608 СССР G01R27/02. Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников /Маланин В.П., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1981, № 12

84. A.c. 566205 СССР G01R27/26. Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников /Маланин В.П., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в бюл., 1977, №27.

85. Ройтман М.С. Амплитудно-стабильные электронные генераторы// Автометрия, 1969, № I, с.41-51.

86. Ройтман М.С., Фомичев Ю.М., Бутенко В.А., Сергеев В.М., Крамнюк А.И., Лотонов Ю.И. Генератор-калибратор ГК10А// Измерительная техника, М.: Изд. стандартов 1975, № 11, с.84-85.

87. Калибратор переменного напряжения ГК10Б. Проспект ВДНХ. ЦНИИТЭИ приборостроения, 1978.

88. Гриневич Ф.Б., Добров E.H., Никулин В.И. Об одной авто-компенсационной схеме измерения емкости// Автоматический контроль и методы электрических измерений. Труды VI Всесоюзной конференции. Новосибирск: Наука, 1966, т.2, с.49-55.

89. Орлова Л.В. Разработка и исследование преобразователей многополюсных электрических цепей в унифицированные сигналы. -Дис. . канд.техн.наук. Пенза, 1979.

90. Шило В. JI. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов.радио, 1979.

91. Операционные усилители и компараторы. -М.: Изд. Дом «Додэка-ХХ1», 2002.

92. Измерение электрических и неэлектрических величин: учебное пособие для вузов по спец. «Информационно-измерительная техника»/Н.Н. Евтихеев, Я.А.Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров. Под общ. Ред. H.H. Евтихеева. М.: Энергоатомиздат, 1990.

93. Основы метрологии и электрические измерения: учебник для вузов по спец. «Информационно-измерительная техника»/Б.Я.Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М.Душин и др. Под ред. Е.М. Душина. 6 изд., перераб. И доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1987.

94. E.H. Кузнецов. Технические измерения: учебное пособие. Инф.-изд. центр Пензенского гос. университета, 2005.

95. Гущина Т.М., Теплинский A.M., Шигорин В. П. Методы точного измерения параметров электрических цепей. -М., Машиностроение, 1967.

96. Solartron Shlumberger Multimeter model 7081/ Техническое описание и инстукция по эксплуатации.

97. Datron 1081 Multimeter. Проспект выставки «Системотехника-84», Москва.

98. НР3458 Multimeter. Hewlett Packard Technical Data, August, 1996.105. 8508A. Referance Multimeter, www. Fluke. Ru.

99. Справочник по электроизмерительным приборам/К.К. Илюнин, Д.И. Леонтьев, Л.И. Набебина и др. Под ред.

100. K.K. Илюнина. -3 изд. -JI.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1983.

101. Омметр цифровой Щ-306. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.450.058 ТО.

102. Компаратор напряжений Р3003М1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.458.104 ТО.

103. A current comparator based 20-bit digital to analog converter. IEEE Trans. Instrum and Meas., v. 34, №2, p. 278-282.

104. Шлыков Г.П. Измерение параметров интегральных ЦАП и АЦП. М.: Радио и связь, 1985.

105. Endo Т, Murayama Y, Koyanagi М. //IEEE Trans. Instrum. And Measur., 1985, v.IM-34, №2, p. 323.

106. Инструкция по эксплуатации моста-компаратора постоянных токов 9975 фирмы Guildline-Instrument.

107. Розенсон Э.З. Теняков Е.И. Измерительные уравновешенные мосты постоянного тока. JI.: Энергия, Ленингр. отделение, 1978.

108. Шигорин В.П., Клебанов И.Я. Эталоны и образцовые средства измерения электрического сопротивления //Измерительная техника. М. : Изд. стандартов, 1981, №6, с. 41-43.

109. Electronic engineering master catalog EEM^, Volume D.

110. Vishay Resistine System Group. Engeenering Bulletine EB 200, 1985 r.

111. Орнатский П.П., Павлишин Н.М. Современное состояние и перспективы развития отечественной цифровой измерительной техники (обзор) //Приборы и системы управления, 1986, №10, с.19-23.

112. Автоматизированная система высокой точности для измерения напряжения до 10В //Экспресс-информация, серия «Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники», 1990, №16, с.21.

113. Эпштейн C.JI. Викулов А.Н, Москвин Р.Н. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Под ред. C.JI. Эпштейна. Л.: Энергия, 1980.

114. Компаратор сопротивлений Р3015. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.459.019 ТО.

115. Bliek L, Braun Е., Melchert F.//IEE Trans Instrum and Measur., 1985, v.34, p.304.

116. Пудалов В.M. Метрологическая служба в СССР. М. : ВНИИКИ, 1986, №7, с.20.

117. Wada T., Shida К., Nishinaka H., Igarashi T. //IEEE Trans. Instrum. And Measur., 1985, v.34, №2, p. 306.

118. Hartland A., Daris G., Wood D. //IEEE . Instrum. And Measur., 1985, v.34, №2, p. 314.

119. Vander Wei W., Harmans K., Kaarls R., Moorf Y. //IEEE . Instrum. And Measur., 1985, v.34, №2, p. 314.

120. Ricketts B.W., Gage M.E. Quantized Hall resistance Meashurement at the NML //IEEE . Instrum. And Measur., 1987, V.36, №2, p. 245-248.

121. Кузнецов E.H. К анализу погрешностей активных преобразователей пассивных электрических величин. М. : 1981, 8с - Деп. в ВИНИТИ, №102-Д81.

122. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. 4.1. М.: Мир, 1967.

123. Тахванов Г. И. К расчету частотных ошибок операционного (решающего) усилителя// Автоматика и телемеханика, 1972, № 10.

124. Воронов A.A., Титов В.К., Новогранов Б. И. Основы теории автоматического регулирования и управления.1. М.: Высшая школа, 1977.

125. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления /Под ред.Б.А.Санковского.- Минск: Вышейшая школа, 1973.

126. Аналоговые интегральные схемы /Под ред. Дж.Коннели. -М.: Мир, 1977.13 6. Справочник по радиоизмерительным приборам /Гаврилов Ю.С. и др.- М.: Энергия, 1976.

127. Кузнецов E.H. Анализ погрешностей квазиуравновешенных преобразователей параметров пассивных двухполюсников //Измерительная техника. М. : ФГУП Стандартинформ, 2005, №3, с55-58.

128. Цыкин Г.С. Электронные усилители М. : Стандартиздат, 1963.

129. Лурье Б. Я. Максимизация глубины обратной связи в усилителях. М.: Связь, 1973.

130. У. Хоровиц, П. Хилл. Искусство схемотехники. М., Мир, 1998, 582с.14 6. Электрические измерения неэлектрическихвеличин./Под ред. П.В.Новицкого. Л.: Энергия, 1975.

131. Рутковски Д. Интегральные операционные усилители. -М.: Мир, 1978. 148. Ленк Дж. Справочник по современным твердотельным усилителям. М.: Мир, 1977.

132. Операционные усилители//Радио, 1989, №10, с. 9194 .

133. Операционные усилители //Радио, 1989, №12, с.83.

134. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база //Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В. и др. В 2-х т. М. : ТОО «Прибор», а/я 231, 1995. Т1.

135. Проектирование и применение операционных усилителей /Под ред. Дж.Грэма. М.: Мир, 1974.

136. Земельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. М. : Изд-во стандартов, 1972.

137. Бутт В.Е., Панков Б.Н. Двухканальные итерационные усилители// Приборы и системы управления, 1975, № 5, с.21-24.

138. Бутт В.Е., Панков Б.Н. Операционные устройства с многоканальной обратной связью. // Автометрия, 1978, №4, с.14-21.

139. Волгин Л.И. Аналоговые операционные преобразователи с компенсацией методической погрешности. // Измерения, контроль, автоматизация. М.: ЦНИТН приборостроения, 1975, вып.2(4), с.29-37.

140. Richman R. Recent advances in high freguency performance of feedback amplifier combinations. - IEEE Transactions, IM-15, 1966, № 4.

141. A.c. 467296 СССР. G01R27/00. Преобразователь параметров сопротивлений в электрический сигнал /Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. -Опубл. в Б.И., 1975, № 14 .

142. A.c. 492828 СССР. G01R27/00. Преобразователь параметров комплексных сопротивлений в электрический сигнал /Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в Б.И., 1975, № 43.

143. A.c. 530270 СССР. G01R27/00. Преобразователь параметров комплексных сопротивлений в напряжение /Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. -Опубл. в Б.И., 1976, № 36.

144. Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Преобразователь параметров пассивных комплексных величин. В кн.: Обработка информации в автоматических системах. Межвуз.сб.статей. -Рязань, 1975, вып.2, с.221-225 .

145. A.c. 540225 СССР. G01R27/00. Преобразователь параметров элементов электрических цепей в напряжение /Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Опубл. в Б.И., 1976, № 47.

146. Кузнецов E.H., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Преобразователи параметров пассивных величин с коррекцией погрешности. //Приборы и системы управления,1978, Ш 2, с.20-22.

147. Кузнецов E.H., Осадчий Е.П., Фельдберг С.М., Чернецов К.Н. Повышение точности преобразования выходных сигналов параметрических датчиков.//Цифровая информационно-измерительная техника. Межвуз.сб.науч.трудов.- Пенза, 1979, вып.9, с.98-101.

148. Кузнецов E.H., Филиппов В.И., Шишков Ю.В. Погрешности резисторов //Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. 1990. Вып. 2 (79), с. 13-16.

149. Лугин А.Н. Влияние перегрева на величину сопротивления тонкопленочных резисторов и наборов из них //Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. -1988. Вып. 1(70). с. 25-26.

150. Хауэлл Г., Уайнбаргер Дж. Учет самогрева резисторов //Электроника, 1977, т.50, №17(517), с. 5457.

151. Кузнецов E.H. Структурно-алгоритмические методы повышения точности измерения параметров электрических цепей. Инф. Изд. Центр ПГУ, Пенза, 2007.

152. Ганопольский Л.С., Кузнецов E.H., Цыпин Б.В., Шишков Ю.В. Автоматизированное оборудование для измерения характеристик прецизионных резисторов// Электронная промышленность, 1991, №4, с.84.

153. Кузнецов E.H. Автоматизированная установка измерения ТКС сверхпрецизионных резисторов// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2 006, №2, с. 60-61.

154. Кузнецов E.H. Автоматизированное оборудование для измерения параметров сверхпрецизионных резисторов// Проблема автоматизации и управления в технических системах. Сб. матер, междунар. конф., Пенза, 2004, с. 139.142 .

155. A.c. 1334094 СССР, G01R27/00. Декада электрических сопротивлений. Ганопольский Л.С., Кузнецов E.H., Шишков Ю.В. Опубл. В бюл. 1987, №32.

156. Поиск методов и средств измерения ТКС сверхпрецизионных резисторов с целью расширения диапазона измерения с 3-10"6 до 0,2-Ю-6 °С~1 с погрешностью до 0,05-Ю-6 °С~1. Отчет по НИР

157. Температура-2». Рук. Кузнецов E.H. Номер гос. per. №17898/5000890, Пенза, 1986, 74 с.

158. Кузнецов E.H., Кутыркин С.Б., Лугин А.Н. Способ контроля коэффициентов деления прецизионных делителей напряжения//Методы и средства измерения в системах контроля и управления. Тез. докл. конф. Пенза, 1994, с. 57.

159. Кузнецов E.H., Кузнецов С.А., Кутыркин С.В., Лугин А.Н. Автоматизированный компаратор сопротивлений сверхпрецизионных регистров// Методы и средства измерения в системах контроля и управления. Сб. матер, междунар. конф., Пенза, 2002, с.117-118.

160. Кузнецов E.H. Автоматизированная установка измерения относительной разности сопротивлений сверхпрецизионных резисторов// Приборы и техника эксперимента, 2006, №1, с. 85-87.

161. E/N/ Kuznetsov. A Computer-Aided Setup for Meashurements of the Relative Resistance Differences of Super-Presision Resistors //Insrruments and Experimental Techniques, 2006, vol. 49, №1, pp. 77-79.

162. Термостат для нормальных элементов ТЭН403. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Хд 2.998.004 ТО.

163. Поиск методов и средств создания автоматизированного комплекса измерения относительной разности сопротивлений с погрешностью ± (0,0001 0,0002)% с управлением от ЭВМ. Отчет по НИР «Номинал». Рук. Ганопольский JI.C., Пенза, 1986, 83 с.

164. Патент РФ 2248578, G01R17/18. Мостовая измерительная цепь /Кузнецов E.H., Опубл. В бюл. 2005, №8 .

165. Термокамера 14КПП-240.049. Паспорт 2.708.001 ПС. Техническое описание 2.708.001 ТО.

166. Термокамера ЮУМ.049.003 Паспорт ЮУМ.049.003 ПС.

167. Прецизионные приборы для метрологических лабораторий //Измерительная техника. М. : Изд. Стандартов, 1992, №1, с.72.

168. Внутреннее сопротивление источника сигнала имитировалось подключением между входными клеммами Нл.Ьу В2-39 резисторов типа1. С5-60.

169. Все измерения проводились с использованием измерительной камеры,входящей в ЗИП В2-39.

170. Измерительная схема приведена на рисунке ПА. 1.20Ушах»н„»в2-39