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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива 8 ГБ модули мобильной памяти LPDDR4 от Samsung 21.10.2016 Компания Samsung Electronics объявила о выпуске мобильных модулей DRAM с низким потреблением мощности и двукратной скоростью передачи данных (low power, double data rate 4 - LPDDR4) объемом 8 ГБ. Как рассказали CNews В компании, новое решение ориентировано на работу в мобильных устройствах с большими Ultra HD дисплеями. В модуль DRAM 8 ГБ установлены четыре 16-гигабитных чипа памяти LPDDR4, изготовленных по 10-нм технологическому процессу. "Запуск нового мощного мобильного модуля DRAM 8 Гб приведет к появлению более производительных флагманских мобильных устройств нового поколения по всему миру, - сказал Ю Сон Чой, исполнительный вице-президент подразделения маркетинга и продаж устройств памяти Samsung Electronics. - Мы продолжим создавать высококачественные передовые решения для хранения данных, которые отвечают растущим потребностям самых современных устройств с такими функциями, как сдвоенная камера, видео в разрешении 4K UHD и технологии виртуальной реальности". Скорость передачи данных нового LPDDR4 8 ГБ модуля достигает 4266 Мбит/с, что вдвое выше, чем показатели DDR4 DRAM для ПК, обычно составляющие примерно 2133 Мбит/с. При условии, что ширина шины памяти составляет 64 бит (x64), это гарантирует передачу данных со скоростью до 34 ГБ в секунду. Габариты 8 Гб LPDDR4 составляют менее 15х15х1 мм, что отвечает требованиям к размерам большинства современных ультратонких мобильных устройств. В зависимости от предпочтений производителя комплект DRAM толщиной менее 1 мм можно использовать вместе с универсальным флеш-накопителем или мобильным процессором, что позволяет экономить пространство печатной платы устройства. В августе 2015 г. Samsung представил первое на рынке решение LPDDR4 DRAM емкостью 12 ГБ по техпроцессу 20-нм. Период разработки нового 16 ГБ LPDDR4 DRAM решения по техпроцессу 10-нм, а также 8 ГБ LPDDR4 DRAM, составил 14 месяцев.

Другие интересные новости:

▪ DSP56371 - процессор обработки аудиосигналов

▪ Летая чуть ниже, самолет вредит экологии меньше

▪ Мобильные чипы Qualcomm Snapdragon 625, 435 и 425

▪ Руки помогают думать

▪ 3D-принтер Ricoh AM S5500P

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей

▪ статья Начать с яйца. Крылатое выражение

▪ статья Смогли бы вы обозвать кого-нибудь эскимосом? Подробный ответ

▪ статья Прострел раскрытый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Переключение антенн по кабелю. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Шесть квадратиков. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025