Дистанционное измерение электрического сопротивления. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Автор предлагает способ измерения сопротивления переменного резистора, терморезистора или датчика любой физической величины, выходной параметр которого - электрическое сопротивление. Расстояние между объектом измерения и прибором может достигать нескольких сотен метров, а для их соединения достаточно всего двух проводов.

Иногда возникает необходимость измерять электрическое сопротивление объекта, находящегося на значительном удалении. Например, если насадить на ось переменного резистора шкив и перебросить через него тросик с закрепленным на одном конце поплавком, а на другом - грузом, можно определять уровень воды в баке или в водоеме. Аналогично можно контролировать степень открытия окон, воздушных заслонок, дверей.

Для дистанционного измерения сопротивления существуют многочисленные промышленные приборы. Но в ряде случаев их применение оказывается слишком дорогим, и, самое главное, они не имеют антивандальной защиты, а контролируемые объекты зачастую расположены в местах, редко посещаемых обслуживающим персоналом. Хотелось бы подключить маленький и дешевый датчик к паре проводов, идущих к находящемуся за один-два километра устройству измерения. Схемы подключения, требующие большего числа проводов, не рассматриваются, потому что в действующих кабелях связи и управления свободные провода всегда в дефиците. Да и распространенная четырехпроводная схема измерения сопротивления на таких протяженных линиях связи по ряду причин не дает нужной точности.

Я предлагаю способ дистанционного измерения сопротивления, требующий всего двухпроводную линию связи, причем сопротивление проводов не вносит погрешности в результат измерения.

Принцип измерения иллюстрирует рис. 1, где R_x - измеряемое сопротивление; R_n - сопротивление проводов линии связи; GI1 - источник тока. Когда переключатель SA1 находится в верхнем по схеме положении, ток источника течет через линию связи, диод VD1 и измеряемое сопротивление. Вольтметр PV1 показывает напряжение U₁=U_VD1+I·(R_n+R_x), где U_VD1 - прямое падение напряжения на диоде VD1. После перевода переключателя SA1 в нижнее положение ток потечет через линию связи и диод VD2, а вольтметр PV1 покажет напряжение U₂=U_VD2+I·R_n, где U_VD2 - прямое падение напряжения на диоде VD2. Если диоды VD1 и VD2 идентичны, то U_VD1=U_VD2 и R_x=(U₁-U₂)/I.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая принцип дистанционного измерения сопротивления

На рис. 2 представлена схема реализации этого способа измерения. На транзисторе VT1 собран стабилизатор тока. На микросхеме DD1 - мультивибратор, управляющий работой коммутатора на электронных ключах DD2 и DD3. Во время присутствия на выводе 10 DD1 напряжения высокого логического уровня ток от стабилизатора пройдет через замкнутый ключ DD2.1, первый провод соединительной линии, диод VD1, измеряемое сопротивление R_x, второй провод соединительной линии и замкнутый ключ DD2.4 на общий провод. Падение напряжения на этой цепи будет приложено через замкнутый ключ DD3.1 к конденсатору C6 и зарядит его до напряжения А.

Рис. 2. Схема реализации дистанционного способа измерения сопротивления (нажмите для увеличения)

В следующем полупериоде колебаний мультивибратора ток пройдет через замкнутый ключ DD2.3, второй провод соединительной линии, диод VD2, первый провод соединительной линии и замкнутый ключ DD2.2 на общий провод. Падение напряжения на этой цепи через замкнутый ключ DD3.2 зарядит конденсатор C7 до напряжения U2. Цепи R4C5VD3 и R5C4VD4 задерживают моменты замыкания ключей DD3.1 и DD3.2 на время, необходимое для затухания переходных процессов в линии связи.

Высокоомный вольтметр PV1 измеряет пропорциональную R_x разность напряжений на конденсаторах. Если установить выходной ток стабилизатора равным 1 мА, то показания вольтметра в вольтах будут численно равны измеряемому сопротивлению в килоомах.

В реальныхусловияхлиния связи может проходить по телефонным и сигнальным кабелям с разными электрическими параметрами. Амплитуда переходных процессов в них может достигать 3 В (реально измеренное значение). Эти процессы особенно заметны, если измеряемое сопротивление имеет значительную индуктивную составляющую. Например, если это катушка реле, используемая в качестве датчика температуры. В отдельных случаях переходные процессы бывают довольно продолжительными. Чтобы устранить их влияние, приходится увеличивать период колебаний мультивибратора и постоянные времени цепей задержки.

В качестве линии связи рекомендуется выбирать витую пару проводов с минимальной утечкой тока. Ее не должно быть не только между проводами пары, но и между ними и другими проводами используемого кабеля. Если учесть, что в момент посылки абоненту вызова напряжение в телефонной линии превышает 120 В, то понятно, что даже небольшая утечка может создать сильную помеху и даже повредить устройство измерения сопротивления.

Налаживание измерителя в основном сводится к регулировке стабилизатора тока. Для этого разорвите в помеченном на схеме крестом месте провод, соединяющий стабилизатор тока с электронными ключами, а между точками А и Б включите миллиамперметр. Установите необходимый ток (например, 1 мА) подборкой резистора R3. Если этого не сделать, то можно случайно превысить ток, допустимый для ключей микросхемы К561КТ3. Микросхема после перегрузки может даже продолжать работать, но результаты измерений станут странными. Затем, восстановив соединение стабилизатора тока с ключами, присоедините к устройству в качестве Rx резистор точно известного сопротивления и окончательно подберите резистор R3 по показаниям вольтметра PV1.

Теперь о составляющих погрешности рассматриваемого метода. Первая - разное падение напряжения на диодах VD1 и VD2. Эта составляющая погрешности явно заметна при измерении сопротивления 200 Ом и растет с его уменьшением. Чтобы понизить ее, нужно подбирать диоды с одинаковым падением напряжения при заданном токе измерения и стараться обеспечивать им одинаковые температурные условия.

Вторая составляющая погрешности связана с низким качеством стабилизации тока. Она проявляется при больших значениях измеряемого сопротивления. Для ее уменьшения следует выбирать в качестве VT1 полевой транзистор с возможно меньшим пороговым напряжением и возможно большей крутизной характеристики. Если требуется повышенная точность измерения, то следует применить стабилизатор тока на операционном усилителе.

Третья составляющая погрешности связана с разбросом сопротивления замкнутых ключей микросхемы К561КТ3, который может достигать ±5 Ом. Если нужно убрать эту погрешность, замкните между собой выводы диода VD2 и обратите внимание на показания вольтметра PV1. Если он показывает положительное напряжение, то включите выравнивающий резистор последовательно с ключом DD2.2 или DD2.3 и подберите его так, чтобы показания стали нулевыми. Если вольтметр показывает отрицательное значение, то выравнивающий резистор нужно включить последовательно с ключом DD2.1 или DD2.4.

На рис. 3 приведена схема реализации рассматриваемого способа дистанционного измерения сопротивления с помощью микроконтроллера, который может быть любым, имеющим встроенный АЦП. В отличие от схемы на рис. 2, для упрощения коммутации здесь использованы два стабилизатора тока, которые должны быть идентичными. AN0 - вход АЦП не показанного на схеме микроконтроллера (это может быть, например, PIC16F8T3A), RA1 и RA2 - его линии дискретного ввода/вывода общего назначения. Микроконтроллер питается напряжением 5 В.

Рис. 3. Схема реализации способа дистанционного измерения сопротивления

В первом такте измерения программа микроконтроллера конфигурирует линию RA2 как выход, а линию RA1 как вход с большим входным сопротивлением. На выходе RA2 она устанавливает низкий логический уровень. В результате ток стабилизатора на транзисторе VT1 течет по линии связи через диод VD1 и измеряемое сопротивление R_x, а затем втекает в общий провод через низкоомный выход RA2. После паузы, необходимой для завершения переходных процессов, АЦП микроконтроллера измеряет напряжение U₁.

Во втором такте функции линий RA1 и RA2 взаимно меняются. В результате ток стабилизатора на транзисторе VT2 течет по линии связи через диод VD2 и уходит в общий провод через низкоомный выход RA1. АЦП измеряет напряжение U₂. Затем программа находит разность U₁-U₂, по ней вычисляет R_x, после чего процесс повторяется.

Ток одного из стабилизаторов (например, на транзисторе VT1) устанавливают подборкой резистора R1 по описанной ранее методике. Затем в разрыв любого провода линии связи включают последовательно переменный резистор на 1 кОм, а в качестве R_x подключают резистор известного сопротивления. Подборкой резистора R2 добиваются минимального влияния переменного резистора (во всем интервале изменения его сопротивления) на результат измерения. Стабилитроны VD3, VD4 защищают входы микроконтроллера при обрыве в измерительной цепи. Диоды VD5, VD6 развязывают цепи измерения напряжения U₁ и U₂.

Нижний предел измеряемого сопротивления в обоих рассмотренных случаях практически нулевой. Верхний предел для устройства, собранного по схеме, изображенной на рис. 2, при токе 1 мА - около 7 кОм. При дальнейшем увеличении измеряемого сопротивления в результате нарушения стабилизации тока резко растет погрешность. Для схемы, изображенной на рис. 3, максимальное падение напряжения на сопротивлении Rx равно допустимому входному напряжению АЦП (5 В). Поэтому при токе 1 мА можно измерять сопротивление не более 5 кОм.

Следует заметить, что рассмотренный способ позволяет измерять разность двух сопротивлений, одно из которых включено последовательно с диодом VD1, а второе - с диодом VD2. Это удобно, например, при использовании в качестве датчика температуры терморезистора, сопротивление которого при температуре 0 ^оС не равно нулю. Если включить терморезистор в качестве Rx (последовательно с диодом VD1), а последовательно с диодом VD2 включить компенсирующий резистор, сопротивление которого равно сопротивлению терморезистора при нулевой температуре, то показания прибора будут положительными при температуре выше нуля и отрицательными, если она ниже нуля.

В практически реализованном устройстве измеряемое сопротивление и диоды VD1, VD2 были расположены на расстоянии около 700 м от измерителя. Для их соединения использовалась свободная витая пара проводов телефонного кабеля. Показания прибора были неустойчивы до тех пор, пока не была введена задержка измерения на время переходных процессов. Практика показала, что если нет острой необходимости в высокой скорости измерения, то частоту коммутации измерительного тока лучше делать пониже.

Автор: Л. Елизаров

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Летающий автомобиль Klein Vision AirCar 2 21.05.2025 Идея летающего автомобиля давно перестала быть исключительно фантастическим сюжетом из научно-популярных романов. В последние годы этот концепт все активнее переходит из сферы воображения в реальность, благодаря усилиям инженеров и стартапов по всему миру. Одним из наиболее амбициозных проектов в этой области стала разработка словацкой компании Klein Vision, которая представила вторую версию своего гибридного транспортного средства - AirCar 2. Новый летающий автомобиль AirCar 2 представляет собой не просто технологическую новинку, а полноценный взгляд в будущее мобильности. Его появление символизирует смену парадигмы в сфере транспортных средств, где границы между дорогой и небом начинают стремительно стираться. AirCar 2 представляет собой уникальный симбиоз автомобиля и легкого самолета. Его создатели стремятся совместить преимущества традиционного наземного транспорта с возможностями авиации, открывая новые горизонты мобильности. В движении по обычным дорогам AirCar 2 способен разгоняться до 200 км/ч, а в воздухе его крейсерская скорость достигает уже 250 км/ч, что делает его полноценным участником воздушного движения на малых расстояниях. Одной из самых впечатляющих особенностей устройства является момент трансформации. На превращение из машины в летательный аппарат уходит не более 80 секунд, и весь процесс полностью автоматизирован: крылья аккуратно выдвигаются из боковых отсеков корпуса, задняя часть переоборудуется в хвостовую секцию, а специальный пропеллер приводит аппарат в готовность к полету. При этом длина AirCar 2 в обычном состоянии составляет около шести метров, что делает его достаточно компактным для парковки на стандартных автоплощадках. Инженеры компании предусмотрели и значительную дальность полета - до 1000 километров на одном заряде топлива. Это открывает широкие перспективы для использования AirCar 2 не только в городских условиях, но и в качестве средства передвижения между крупными населенными пунктами без необходимости использования аэропортов. Стоимость устройства составляет около 800 тысяч долларов, что, безусловно, делает его продуктом премиального сегмента. Однако в условиях стремительного развития технологий и роста интереса к персональной авиации, такие транспортные решения вполне могут стать массовыми уже в ближайшие десятилетия. Klein Vision уже заявила о намерении завершить сертификацию AirCar 2 к сентябрю 2025 года. После этого компания планирует запустить серийное производство, рассчитывая выпускать до сотни экземпляров ежегодно. Это станет важным шагом на пути интеграции подобных гибридов в общую транспортную инфраструктуру.

Другие интересные новости:

▪ Электронная бумага с оптимальной цветопередачей

▪ Умная колонка Huawei Sound SE

▪ Наушники Logitech G633 с процессором обработки звука

▪ Вспомогательная микросхема Toshiba TC358791XBG

▪ Разработано точнейшее сито для ионов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Взять на цугундер. Крылатое выражение

▪ статья Что, помимо вооруженной борьбы, включает в себя джихад? Подробный ответ

▪ статья Заведующий ветеринарной клиникой. Должностная инструкция

▪ статья Измерительная техника. Справочник

▪ статья Hi-Fi и регулятор громкости. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026