Здравствуйте. Проблема такова: нужно измерить сопротивление в 200кОм с точностью +- 20к, паралельно которому подключен конденсатор примерно 150-200 мкФ, в частном случае его может и небыть вовсе. Время измерения 1с. За это время мне не удается полностью зарядить конденсатор через резистор 100 Ом, чтобы потом снять с него напряжение как с резистивного делителя... Я думаю есть более красивый и простой способ. Может кто поможет.

А почему нельзя , например , зарядить этот кондёр до некоего напряжения , а потом померять скорость разряда его через резистор ? Эта скорость будет зависеть от ёмкости кондёра и сопротивления резистора ..... зная ёмкость , можно вычислить и сопротивление .
Но если кондёра не будет , то этот способ не годится Впрочем , тогда можно мерять обычным способом ...........

Сначала кондёр заряжаете через малое сопротивление (до десяти ом). Потом его отключаете.
Проще всего это сделать с помощью диода. Последовательно соединённые малый резистор и диод подключаются параллельно эталонному сопротивлению.

ЗЫ. А каков диапазон измеряемого сопротивления? Если большой, то так может неполучиться - нужна более продвинутая схема измерения, с транзистором.

К сожалению емкость неизвестна, плюс минус километр

Во , есть красивый способ ! Сначала заряжаем этот кондёр от источника стабильного тока до некоего известного напряжения , например - до 2 вольт . Затем , при достижении 2 вольт ( определяется компаратором ) мы быстро измеряем скорость изменения напряжения на кондёре с помощью дифференцирующей схемы на ОУ . Потом мы отключаем зарядный ток , кондёр начинает разряжаться , и мы снова измеряем скорость , но теперь уже разряда кондёра , тем же ОУ , и меряем до порога 2 вольт . Потом по отношению этих скоростей считаем искомое сопротивление по простой формуле , в которую ёмкость вообще не входит , так как она одинаково влияет на скорость и заряда , и разряда . Фиксировать напряжение на кондёре нужно потому , что резистор - это не источник тока , и ток разряда будет зависеть от напряжения . Будет небольшая погрешность из-за неточности аппроксимации экспоненты , но для 10% точности этого хватит ...........

Мда, красивый... Нечего сказать...

Вообще-то, мин значение предполагается 20к.
По поводу заряда через малое сопротивление: когда заряд закончиться и резистор с диодом отключу, то получиться что конденсатор будет разряжаться на резисторе 200к (разрядный ток) и второй ток быде течь через эталонное сопротивление (пусть 1к). А небудет ли разрядный ток мешать изменрению, ведь потенциал конденсатора выше, чем на делителе? Вот с этим у меня пробелы в знаниях (



В принципе, мне такой способ предлагали коллеги, но такой способ заставляет ставить м/к, или счетчики считающие время заряда, да и постоянная времени 40 секунд, не внушает доверия к точности измерения.

Я вот сейчас посчитал - получается очень просто . Искомое сопротивление R=(V1/V2+1)*U/I , где V1 - скорость заряда ( вольт/сек ) , V2 - скорость разряда , U - напряжение , до которого мы заряжаем кондёр , I - ток заряда . С этими вычислениями легко справится даже простой микропроцессор . А если в процессоре есть и хороший АЦП , то можно взвалить на него и функции компаратора и дифференциатора , оставив в "железе" только зарядный источник тока и ключ .

Ну, отлично. Всё получится.
Зачем отключать?
Диод сам отключит, на то он и диод.
У Вас же измерительное сопротивление 100 Ом, я правильно понял? Вот параллельно ему эту цепочку и подключайте.

Э-э... Так какое точно? Вы уж определитесь как-нибудь.
Смысл диода в том, чтобы ускорить процесс установления напряжения на коньдёре.
Будет, конечно, но для 20% точности прокатит. Со 100 Ом измерителем тау цепи будет всего 0,02 секунды, а с 1кОм - 0,2 секунды, что ещё приемлемо.
ЗЫ. Схему на транзисторе выложу чуть позже...

Ну уж извиняйте , проще не получится Было бы время ждать , пока процесс заряда "устаканится" - можно было бы и просто мерять .... но за 1 секунду - чёрт его знает .
Есть ещё вариант - очень быстрый заряд кондёра через маленький резистор от источника стабильного напряжения на полевике и ОУ , а в стоке полевика поставить измерительный резистор , зашунтированный диодом , на котором после заряда мерять падение напряжения от тока через наш резистор . Но это тоже геморройный способ , так как для хорошей точности нужно же всё равно ждать , пока хвост экспоненты "упадёт" ниже нашей погрешности .....

Знаешь, не могу сейчас на в скидку прикинуть один момент: скорость заряда и разряда на опрделенных уровнях напряжения на конденсаторе может быть разная. Или ток разряда конденсатора можно считать постоянным?

На время нашего измерения можно считать постоянным . Если время измерения не делать слишком длинным , то погрешность от этого будет маленькая . Это , впрочем , можно оценить ........

Я тут вынашиваю собственную схему, может в ней есть здравый смысл?!
Заряжаю конденсатор через малое (10 ом) сопротивление до напряжения делителя 1к-200к. При помощи Компаратора, после того как напряжение достигло порога, отключаю малое сопротивление от цепи, и остается чисто резистивная цепь (делитель 1к-200к) которую можно мерить не боясь что конденсатор заряжается.

Я дико извиняюсь, но я упустил такой момент: нужно знать что измеряемое сопротивление не меньше 200к (или второе его значение, которое можно установить перемычкой 20к), а не на сколько оно больше... важно лишь соблюсти точность +-10%

Можно ещё вот так сделать .

А можно немного пояснить схему. Транзистор с ОУ являются источником тока?

Вот обещанная схема измерения на транзисторе.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Транзистор должен выдерживать импульсный ток в пару-тройку ампер, для быстрого заряда кондёра.

Он , так сказать - два в одном Для конденсатора - он источник напряжения , с очень малым внутренним сопротивлением . А вот для измерительной цепи он же - источник тока , который после заряда ёмкости даёт ток I , равный Uref/Rx . Этот ток создаст падение напряжения на R1 , равное U=I*R1 , вот из этого мы и можем вычислить Rx ........

Измеряем комплексное сопротивление цепи, соответственно действительная часть - это сопротивление резистора

А как Вы его предлагаете измерить?

Просто. Пропускаем через цепь синусоиду, измеряем ток и напряжение, вычисляем полное сопротивление Z=U/I , измеряем угол сдвига fi между током и напряжением , вычисляем R = Z cos (fi) и Xc= Zsin(fi).

Иными словами, Вы хотите сказать, что:
- это удастся сделать при R~200 кОм и C~200мкФ с точностью +/-20% за 1 секунду;
- схема измерения будет не сложнее, чем предложил deemon или я
?

Если это так, приведите схему измерительной части, пожалуйста.

про +-20% не заметил, тогда действительно нет смысла городить огород. А так потребуется микроконтроллер, пара АЦП (во многих случаях можно обойтись встроенными) , пара оперов и и полчаса времени на написание прошивки

Ну а мой зарядно-разрядный способ требует всего одного АЦП и одного ключа на транзисторе . И микропроцессор ....... причём арифметика будет намного проще , чем для "комплексного" метода . Насчёт же точности - смотрите сами , для нормальной точности нужно будет применять достаточно низкую частоту , на которой модуль проводимости сопротивления 200 ком и ёмкости в 200 мкф не будут отличаться на несколько порядков . Скажем , на частоте 50 герц ёмкостное сопротивление будет около 15 ом , что в 15000 раз меньше , чем у резистора 200 ком . Вопрос - какую разрядность должен иметь АЦП , чтобы точно померять фазовый сдвиг этой RC цепи на этой частоте ? А применять частоту в единицы герц - так мы не впишемся в 1 секунду Да и процессор нужен достаточно хороший , чтобы поддерживал арифметику с плавающей точкой + хороший объём памяти ...... ИМХО , в данном случае метод комплексных импедансов не подходит - дорого и нерационально .

Мой вариант :
Между источником напряжения (Uист) и измеряемым участом цепи (Cx || Rx, Ux) включить сопротивление (Ro, значение которого близко к предполагаемому Rx и известно).
Сделав 3 замера напряжения переходного процесса на Ro (с равным интервалом времени), можно сначала вычислить постоянную времени всей цепи, а затем используя её, вычислить и эквивалетное сопротивление параллельного включения Ro || Rx (относительно ёмкости параллельны). Зная Ro, вычислить Rx и даже, если очень хочется, Cx :-)
Для вычислений потребуется реализовать функцию натурального логарифма. Если это не проблема, то никаких проблем нет :-)
Нужен только 1 АЦП, т.к. Uист можно принять за константу (для 20% точности то...).
10-12 битного АЦП более, чем достаточно, навскидку.

А тоже кстати неплохой метод ! Главное только правильно выбрать интервалы измерения , чтобы при разных значениях постоянной времени хватило точности АЦП ...

Можно сделать 1000 замеров за 1 секунду и выбрать подходящие по признаку dN/dt > e с соответствующими интервалами (равными опять таки для простоты вычислений) :-)

Можно и так

А что собственно мешает отсоединить резистор нафик от конденсатора, и воспользоваться омметром?
Где гарантия, что ток утечки такого электролита не будет шунтировать резистор со страшной силой в предлагаемых суперсхемах?
Почему надо так изголяться?
Автор, а!

Вы не совсем правильно поняли.
Я сильно сомневаюсь, что измерить сопротивление с точностью +/-20% предлагаемым Вами способом так просто, как кажется на первый взгляд.


Вот-вот, и я о том же...

PS. Вот усовершенствованная схема измерителя.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Недостатком такой схемы является утечка тока через вход стабилизатора TL431A (тип.1,5 мкА), которая вызовет добавочное падение напряжения на коллекторном резисторе, однако, это величина постоянная, и её можно легко вычесть из результата измерений.

Дело в том, что эта цепь подключается извне, в принципе это сопротивление изоляции. Его нужно проверить на минимальное значение 200к или 20к (устанавливается перемычкой)

Сегодня попробовал паралельно с эталонным резистором подключить диод с резистором 1 Ом, опять таже картина . Длинющий хвост на 3 секунды с выхода ОУ. Получается на конечном участке кривой заряда диод имеет большое сопротивление и не учавствует в процессе заряда, что в принципе логично. Не было сегодня возможности попробовать схемы с транзистором, и ОУ, но меня терзают сомнения, что опять на последних милливольтах кривая растянется на секунды.

Очень мучает вопрос: Взяв в Маткаде формулу характеризующую заряд конденсатора, забил 100 Ом - 200мкФ. При времени равном 0,3с Uc=0.9999997Uпит , реально же (судя по напряжению с усилителя) напряжение порядка 0.992Uпит как такое объяснить?? Сх- электролиты!!!

Кстати, в MicroCap, схема с диодом моделируется как умножитель, на резисторе Rx напряжение выше Uпит. . Генерится пила, которая усредняется на Сх.



Думаю, что при такой постоянной времени (40сек) можно все представить линейной функцией. Только я не совсем понял как найти искомое Rx?

Stanislav Последняя схема, насколько я понимаю должна создавать постоянный ток, пропорциональный Rx, т.е. опять же получается, что ток через емкость не должен течь???
Мне кажется что-то уж очень долго через 100 Ом емкость заряжается (около 3с), может что-то не так делаю?

Не может быть. При условии, что питающее напряжение >0,6 В.
И какого ОУ? Для того, чтобы обсуждать что-то, нужно привести схему. С указанием типов и номиналов компонентов, а также напряжений.
Правильно. Диод используется в роли ключа, ускоряющего переходный процесс.
Нет. В схеме deemon-а или моей процессы заряда будут протекать гораздо быстрее.

Давайте прикинем.
Предположим, что Вы имеете измерительное напряжение, равное 5 В, измерительный резистор =100Ом и ёмкость 200 мкФ.
При 200 кОм установившийся ток в цепи будет равен 25 мкА, что вызовет падение напряжения на резисторе 2,5 мВ.
Ошибке в 20% соответствует напряжение 500 мкВ.
Диод заряжает кондёр до напряжения 4,4 В. Остаточное - 0,6В.
Теперь вспоминаем, что напряжение резисторе спадает экспоненциально, в соответствии с формулой:
U=U0*exp(-T/RC). Отсюда:
T=-ln(U/U0)*R*C.
Здесь R=Rизм||Rцепи ~= Rизм = 100Ом.
Подставляем в формулу известные величины и находим требуемое для измерения время:
T=-ln(0,5/600)*100*0,0002 = 0,14 C.
Лучше взять его в 2-3 раза большим - точность измерения существенно повысится.
Чтобы сократить это время, нужно взять в качестве диода шоттку с малым обратным током. Обратный ток кремниевого диода также должен быть достаточно малым (для маломощных это почти всегда выполняется).
ЗЫ. Нет, шоттку всё же не советую. Найти на единицы мкА проблематично.

Сюда ещё нужно добавить время заряда коньдёра до 4,4В через малое сопротивление и диод. Рассчитайте его сами.

Для аналоговых НЧ схем я пользуюсь моделятором только в исключительных случаях. Вам также советую, прежде чем начать пользовать моделятор, научится обходиться и без него (не примите за насмешку, пожалуйста).

??

ЗЫ. А может, Вы диод не в ту сторону включили?

Да, можно. А Rx найти реально, здесь расписывать не буду, но реально. ТОЭ+математика :-)

Вот схема по которой я проверял процесс заряда конденсатора.
ОУ - AD622, G=1000. емкость-Электролит.
Диод был под рукой только защитный.
Питание со стабилизатора 10В подаю с тумблера.

По моим наблюдениям заметно уменьшился начальный заряд емкости - прямоугольник, потом идет непонятная для меня полочка и длиный хвост.

Вообще, если взять расчет который привел Stanislav , то емкость должна зарядиться менее чем за 0,3 секунды. Может я не умею с операционником работать?



Я сегодня доработал свою схему в соответствии с твоим советом, (заменил реле транзистором ), и, да простит меня Stanislav прогнал в MicroCap. Результат не очень, но видно что на этом можно работать, буду собирать макет. Жаль только на это уйдет пара недель, больно неповоротливые у нас снабженцы. О результатах доложу.

Единственное, что очень интересует: почему я получаю такие результаты по схеме, которую я привел?

В твоей схеме кондёр сначала заряжается быстро , через диод , а потом медленно - через резистор . От этого "хвост" ещё удлиняется . Это не есть хорошо . Тебе надо собрать ту схему , что я нарисовал - там кондёр всегда заряжается через 1 ом , в этом вся фишка . У Станислава то же , но на транзисторе и TL 431 . Если при 1 ом слишком большой зарядный ток - поставь побольше , до 10 ом примерно ......

ДА, это я уже осознал. Вообщем как я уже писал, я додумался не заряжать кондер до Uпит, а только до определенной, известной величины, и получилась у меня практически твоя схема, Так что буду собирать твою, отлаживать, и снова задавать вопросы . Спасибо всем кто помогал

Посмотрите принципы посторения фвтоматических цифровых измерительных мостов и цифровых измерителей RC. Может быть реализованные в них идеи Вам подойдут (заряд до определенного уровня, оценка постоянной времени апериодического процесса)

Вообщем, собрал я схему как рекомендовал deemon. Результат такой. Происходит периодический процесс подзарядки емкости до порогового напряжения Uref. Из-за этого напряжение на ёмкости изменяется пилообразно, и выход операционного усилителя вместо того чтобы держать определнное напряжение на затворе, выдает редкие импульсы выходящие в положительную область открывая затвор и заряжая емкость. Имеет место гистерезис, причем не маленький. Откуда он? и как с ним бороться ума не приложу. Операционный усилитель - инструментальный AD620B, G=1000.

Надо полагать , возникает неустойчивость из-за запаздывания в петле ОС - мы же работаем на ёмкостную нагрузку . Можно попробовать ввести коррекцию - небольшой конденсатор ( единицы-десятки пик ) с выхода ОУ на вход (-) , и этот вход (-) соединять не прямо с истоком полевика , а через резистор в 1-2 ком . Нужно варьировать эти элементы и наблюдать процесс на осциллографе , добиваясь устойчивой работы схемы .

Кстати , какой ОУ применён и какой полевик ?

Данный прибор - вообще-то не операционный, а инструментальный усилитель.
deemon рисовал свою схему по принципу, предложенному мной, но в сильной спешке, чтобы меня опередить. Для меня сейчас очевидно, что его схема запросто может стать неустойчивой, как на ВЧ, так и на НЧ.
Схема, предложенная мной, напротив, имеет хорошую устойчивость.

А чем все-таки объяснить гистерезис, который показывает схема?

Какая схема? Нарисуйте, тогда посмотрим.

Это не гистерезис , а неустойчивость . Я бы поставил , во-первых , не инструментальный , а простой операционный усилитель , а во-вторых , ввёл цепь коррекции , как я писал выше . Думаю , что все проблемы легко излечимы

Вот схема. Резистор выставляющий коэф усиления опустил.

вот так

Ха-ха , посмотрел даташит на AD620 .... он же , как я понял , и вовсе не предназначен для работы с внешней цепью ОС А у нас в схеме - 100% ОС , фактически это каскад-повторитель . Так чему же тут удивляться ? Надо взять обычный ОУ , причём не нужно искать что-то очень скоростное ..... тут ИМХО и LM324 вполне пойдёт . Попробуйте поставить туда обычный ОУ , и расскажите о результатах

Попробую. А чем плох инструментальный?



Остальось приобрести TL341A и у меня будет еще одна плата для изучения. Буду пробовать все.

Deemon. Сама схема реализованная мною немного видоизменена. Нет ли в ней фундаментальной ошибки?

Позвольте , но у вас какая-то совсем другая схема нарисована . Она вообще непонятно что делает .... она , судя по всему , вообще неработоспособна . Непонятно , где исток полевика , где сток .... где резистор , на котором меряется ток , вообще-то ..... Что-то странное . Похоже , что она и должна давать такие колебания , видимо , это её нормальный режим

Я же имел в виду вот эту схему :

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Именно о ней я говорил , понятное дело .

Резистор на котором меряется ток - 510 Ом. Модификации я ее подверг потому что напряжение прикладываемое относительно истока к затвору будет таким же как и относительно земли. я посчитал это правельнее чем подавать напряжение относительно U ref
наверное что-то не так сделал

Вот сдаётся мне , что так оно и есть ИМХО , ваша схема вообще работать не может ...... кстати , какой полевик вы туда поставили ?

Полевик точно не помню (на работе ), нечто похожее на IRF7855

А почему моя схема нерабочая, не могли бы Вы пояснить

Ну конечно ! Этот резистор создаёт огромное запаздывание в петле ОС , плюс запаздывание полевика - у вас фактически получился релаксационный генератор Опять же непонятно , какой тип полевика вы применили . Я советую не страдать по этой схеме ( она неизлечимо больна ) , а собрать тот вариант , который я нарисовал . Это займёт аж полчаса времени , заодно вы её и проверите . ОУ возьмите простой , например LM358 , вот и попробуйте .