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:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Лазерные перехватчики защитят Землю от астероидов 02.04.2012 Инженеры из Университета Стратклайд в Глазго разрабатывают инновационную лазерную технологию, предназначенную для борьбы с астероидной угрозой. Исследователи обнаружили возможность использования группы относительно небольших спутников, вооруженных лазерами, для отклонения астероидов, траектория которых пересекается с Землей. Звено лазерных перехватчиков решает проблему мощного воздействия на малый или средний астероид без использования огромного космического корабля. Ученые предлагают отправить к астероиду небольшой спутник с высокоэнергетическим лазером, питающимся от солнечных панелей. В зависимости от скорости и размера астероида можно использовать от одного до десятков спутников, что делает систему противоастероидной защиты довольно гибкой. Пока разработка мощных космических лазеров находится в зачаточном состоянии. Наибольший опыт здесь накопили военные, хотя до сих пор мощные высокоэнергетические лазеры в качестве космического оружия не использовались. Долгое время считалось, что эффективное изменение траектории астероида с помощью лазерного луча невозможно. Да, поначалу мощный луч нагревает поверхность астероида, в результате чего образуется газопылевой шлейф, создающий реактивную тягу. Однако этот шлейф должен рассеивать луч и снижать его эффективность. Тем не менее, лабораторные тесты в Университете Стратклайд показали, что помехи от газопылевого шлейфа меньше, чем ожидалось, и лазер способен продолжать работу длительное время. Небольшие лазерные перехватчики гораздо проще и быстрее изготовить, чем один огромный корабль с лазером мощностью в несколько мегаватт. При этом использование флотилии спутников, оснащенных высокоэнергетическими лазерами, - это более надежное решение. Даже если один или несколько спутников выйдут из строя, остальные продолжат работу, а численность группировки можно быстро восстановить. Другим не менее важным применением лазерных перехватчиков может стать очистка околоземной орбиты от мусора, количество которого постоянно растет. Сегодня мусора на орбите так много, что в обозримом будущем мы можем столкнуться с эффектом Кесслера, когда плотность загрязнения в космосе становится настолько высокой, что столкновения между обломками экспоненциально увеличивают количество мусора и новых столкновений. В результате это может на многие годы закрыть человечеству дорогу в космос. Сегодня, несмотря на непрерывное отслеживание крупных обломков, нет технологии по их уничтожению. Лазерные перехватчики могли бы взять на себя эту функцию.

Другие интересные новости:

▪ Серьезное влияние интернета на мозг

▪ Часы управляют телевизором

▪ TPS65135 - DC-DC источник двухполярного питания c одним дросселем

▪ Когда зацветет сакура

▪ Контактные линзы со сканером радужной оболочки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Жизнь замечательных физиков. Подборка статей

▪ статья Бывали дни веселые. Крылатое выражение

▪ статья Как английский шутник превратил множество лысых мужчин в нецензурное слово? Подробный ответ

▪ статья Аденоиды. Медицинская помощь

▪ статья Стробоскопическая светодинамическая установка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Приоритетное включение и отключение нагрузок. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025