Дистанційне вимірювання електричного опору. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Автор пропонує спосіб вимірювання опору змінного резистора, терморезистора або датчика будь-якої фізичної величини, вихідний параметр якого електричний опір. Відстань між об'єктом вимірювання і приладом може досягати кількох сотень метрів, а для їх з'єднання достатньо двох проводів.

Іноді виникає необхідність вимірювати електричний опір об'єкта, що знаходиться на значній відстані. Наприклад, якщо насадити на вісь змінного резистора шків і перекинути через нього трос із закріпленим на одному кінці поплавком, а на іншому - вантажем, можна визначати рівень води в баку або у водоймі. Аналогічно можна контролювати ступінь відкриття вікон, повітряних заслінок, дверей.

Для дистанційного виміру опору є численні промислові прилади. Але в ряді випадків їх застосування виявляється занадто дорогим, і, найголовніше, вони не мають антивандального захисту, а контрольовані об'єкти найчастіше розташовані в місцях, які рідко відвідують обслуговуючий персонал. Хотілося б підключити маленький і дешевий датчик до пари проводів, що йдуть до пристрою вимірювання, що знаходиться за один-два кілометри. Схеми підключення, що вимагають більшої кількості проводів, не розглядаються, тому що в діючих кабелях зв'язку та управління вільні дроти завжди в дефіциті. Та й поширена чотирипровідна схема вимірювання опору на таких протяжних лініях зв'язку з низки причин не дає потрібної точності.

Я пропоную спосіб дистанційного вимірювання опору, що вимагає всього двопровідну лінію зв'язку, причому опір проводів не вносить похибки результат вимірювання.

Принцип виміру ілюструє рис. 1, де R_x - Вимірюваний опір; R_n - Опір проводів лінії зв'язку; GI1 – джерело струму. Коли перемикач SA1 знаходиться у верхньому за схемою положенні, струм джерела тече через лінію зв'язку, діод VD1 і опір, що вимірюється. Вольтметр PV1 показує напругу U₁=U_VD1+I·(R_n+R_x), де U_VD1 - Пряме падіння напруги на діоді VD1. Після переведення перемикача SA1 в нижнє положення струм потіче через лінію зв'язку та діод VD2, а вольтметр PV1 покаже напругу U₂=U_VD2+I·R_n, де U_VD2 - Пряме падіння напруги на діоді VD2. Якщо діоди VD1 та VD2 ідентичні, то U_VD1=U_VD2 и R_x=(U₁-U₂)/I.

Рис. 1. Схема, що ілюструє принцип дистанційного виміру опору

На рис. 2 представлена ​​схема реалізації цього способу виміру. На транзисторі VT1 зібрано стабілізатор струму. На мікросхемі DD1 – мультивібратор, керуючий роботою комутатора на електронних ключах DD2 та DD3. Під час присутності на виведенні 10 DD1 напруги високого логічного рівня струм від стабілізатора пройде через замкнутий ключ DD2.1, перший провід сполучної лінії, діод VD1, опір вимірювання R_x, другий провід сполучної лінії та замкнутий ключ DD2.4 на загальний провід. Падіння напруги цього ланцюга буде прикладено через замкнутий ключ DD3.1 до конденсатора C6 і зарядить його до напруги А.

Мал. 2. Схема реалізації дистанційного способу виміру опору (натисніть для збільшення)

У наступному напівперіод коливань мультивібратора струм пройде через замкнутий ключ DD2.3, другий провід сполучної лінії, діод VD2, перший провід сполучної лінії і замкнутий ключ DD2.2 на загальний провід. Падіння напруги цього ланцюга через замкнутий ключ DD3.2 зарядить конденсатор C7 до напруги U2. Ланцюги R4C5VD3 та R5C4VD4 затримують моменти замикання ключів DD3.1 та DD3.2 на час, необхідний для загасання перехідних процесів у лінії зв'язку.

Високоомний вольтметр PV1 вимірює пропорційну R_x різниця напруги на конденсаторах. Якщо встановити вихідний струм стабілізатора рівним 1 мА, то показання вольтметра у вольтах будуть чисельно рівні вимірювання опору в кілоомах.

У реальних умовах лінія зв'язку може проходити по телефонних і сигнальних кабелях з різними електричними параметрами. Амплітуда перехідних процесів у них може досягати 3 (реально виміряне значення). Ці процеси особливо помітні, якщо опір має значну індуктивну складову. Наприклад, якщо це котушка реле, яка використовується як датчик температури. В окремих випадках перехідні процеси бувають досить тривалими. Щоб усунути їхній вплив, доводиться збільшувати період коливань мультивібратора та постійні часи ланцюгів затримки.

В якості лінії зв'язку рекомендується вибирати кручену пару проводів з мінімальним витоком струму. Її не повинно бути не тільки між проводами пари, а й між ними та іншими проводами кабелю, що використовується. Якщо врахувати, що в момент здійснення виклику напруга в телефонній лінії перевищує 120 В, то зрозуміло, що навіть невеликий витік може створити сильну перешкоду і навіть пошкодити пристрій вимірювання опору.

Налагодження вимірювача в основному зводиться до регулювання стабілізатора струму. Для цього розірвіть у поміченому на схемі хрестом місці провід, що з'єднує стабілізатор струму з електронними ключами, а між точками А та Б увімкніть міліамперметр. Встановіть необхідний струм (наприклад, 1 мА) підбіркою резистора R3. Якщо цього зробити, можна випадково перевищити струм, допустимий для ключів мікросхеми К561КТ3. Мікросхема після перевантаження може навіть працювати, але результати вимірювань стануть дивними. Потім, відновивши з'єднання стабілізатора струму з ключами, приєднайте до пристрою як Rx резистор точно відомого опору і підберіть остаточно резистор R3 за показаннями вольтметра PV1.

Тепер про складові похибки аналізованого методу. Перша - різне падіння напруги на діодах VD1 та VD2. Ця складова похибки очевидно помітна при вимірі опору 200 Ом і зростає з його зменшенням. Щоб зменшити її, потрібно підбирати діоди з однаковим падінням напруги при заданому струмі вимірювання і намагатися забезпечувати їм однакові температурні умови.

Друга складова похибки пов'язана з низькою якістю стабілізації струму. Вона проявляється при великих значеннях вимірюваного опору. Для її зменшення слід вибирати як VT1 польовий транзистор з можливо меншою пороговою напругою і можливо більшою крутістю характеристики. Якщо потрібна підвищена точність вимірювання, слід застосувати стабілізатор струму на операційному підсилювачі.

Третя складова похибки пов'язана з розкидом опору замкнутих ключів мікросхеми К561КТ3, що може досягати ±5 Ом. Якщо потрібно усунути цю похибку, замкніть між собою висновки діода VD2 і зверніть увагу на показання вольтметра PV1. Якщо він показує позитивну напругу, то увімкніть резистор, що вирівнює, послідовно з ключем DD2.2 або DD2.3 і підберіть його так, щоб показання стали нульовими. Якщо вольтметр показує негативне значення, то резистор, що вирівнює, потрібно включити послідовно з ключем DD2.1 або DD2.4.

На рис. 3 наведена схема реалізації розглянутого способу дистанційного вимірювання опору за допомогою мікроконтролера, який може бути будь-яким, що має вбудований АЦП. На відміну від схеми на рис. 2, для спрощення комутації тут використані два стабілізатори струму, які мають бути ідентичними. AN0 - вхід АЦП не показаного на схемі мікроконтролера (це може бути, наприклад, PIC16F8T3A), RA1 та RA2 - його лінії дискретного введення/виведення загального призначення. Мікроконтролер живиться напругою 5 ст.

Рис. 3. Схема реалізації способу дистанційного виміру опору

У першому такті вимірювання програма мікроконтролера конфігурує лінію RA2 як вихід, а лінію RA1 як вхід із великим вхідним опором. На виході RA2 встановлює низький логічний рівень. В результаті струм стабілізатора на транзисторі VT1 тече по лінії зв'язку через діод VD1 і опір вимірювання R_xа потім втікає в загальний провід через низькоомний вихід RA2. Після паузи, необхідної для завершення перехідних процесів, АЦП мікроконтролера вимірює напругу U₁.

У другому такті функції ліній RA1 та RA2 взаємно змінюються. В результаті струм стабілізатора на транзисторі VT2 тече по лінії зв'язку через діод VD2 і йде у загальний провід через низькоомний вихід RA1. АЦП вимірює напругу U₂. Потім програма знаходить різницю U₁-U₂, за нею обчислює R_x, Після чого процес повторюється.

Струм одного із стабілізаторів (наприклад, на транзисторі VT1) встановлюють добіркою резистора R1 за описаною раніше методикою. Потім розрив будь-якого дроту лінії зв'язку включають послідовно змінний резистор на 1 кОм, а в якості R_x підключають резистор відомого опору. Підбіркою резистора R2 домагаються мінімального впливу змінного резистора (в усьому інтервалі зміни його опору) результат вимірювання. Стабілітрони VD3, VD4 захищають входи мікроконтролера при обриві вимірювального ланцюга. Діоди VD5, VD6 розв'язують ланцюги вимірювання напруги U₁ і U₂.

Нижня межа вимірюваного опору в обох випадках практично нульова. Верхня межа пристрою, зібраного за схемою, зображеної на рис. 2, при струмі 1 мА – близько 7 ком. За подальшого збільшення вимірюваного опору внаслідок порушення стабілізації струму різко зростає похибка. Для схеми, зображеної на рис. 3, максимальне падіння напруги на опорі Rx дорівнює допустимому вхідному напрузі АЦП (5). Тому при струмі 1 мА можна вимірювати опір трохи більше 5 ком.

Слід зазначити, що розглянутий спосіб дозволяє вимірювати різницю двох опорів, один з яких послідовно включено з діодом VD1, а друге - з діодом VD2. Це зручно, наприклад, при використанні як датчик температури терморезистора, опір якого при температурі 0 ^оЗ не одно нулю. Якщо включити терморезистор як Rx (послідовно з діодом VD1), а послідовно з діодом VD2 включити резистор, що компенсує, опір якого дорівнює опору терморезистора при нульовій температурі, то показання приладу будуть позитивними при температурі вище нуля і негативними, якщо вона нижче нуля.

У практично реалізованому пристрої вимірюваний опір та діоди VD1, VD2 були розташовані на відстані близько 700 м від вимірювача. Для їх з'єднання використовувалася вільна кручена пара проводів телефонного кабелю. Покази приладу були нестійкі до тих пір, поки не було введено затримку вимірювання на час перехідних процесів. Практика показала, що якщо немає гострої необхідності у високій швидкості вимірювання, то частоту комутації вимірювального струму краще робити нижче.

Автор: Л. Єлізаров

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Acer випустить 27-дюймовий монітор на панелі IPS 07.10.2012 Компанія Acer повідомила про виведення на європейський ринок монітора S275HL, побудованого на базі панелі типу IPS діагоналлю 27 дюймів та роздільною здатністю 1920 х 1080 пікселів. Новинка надійде у продаж у листопаді і пропонуватиметься за ціною 329 євро. Асиметричний дизайн Acer S275HL зі зміщеною в праву частину ніжкою підставки виглядає незвично, але новим подібне виконання назвати не можна: аналогічним екстер'єром можуть похвалитися 3D-монітори Samsung серії 950, випущені ще у березні 2011 року. У той же час відзначається дуже тонкий корпус пристрою, товщина якого дорівнює 15 мм. Характеристики РК-панелі монітора такі: яскравість – 260 кд/кв.м, динамічна контрастність – 100 000 000:1, час реакції пікселя – 6 мс. Заявлене енергоспоживання монітора в режимі очікування – 0,5 Вт, а в режимі роботи – 36 Вт. Acer наділила S275HL двома портами HDMI та одним D-Sub, а також двома динаміками сумарною потужністю 3 Вт.

Інші цікаві новини:

▪ Чай та мозок

▪ Sega відмовляється від блокчейн-ігор на користь класичних

▪ Надтонкий DVD-привід Samsung для планшетів на Android

▪ Новий Mini Cooper EV 2024

▪ Жорсткі диски з технологією FC-MAMR

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Мікрофони, радіомікрофони. Добірка статей

▪ стаття Банківська справа. Конспект лекцій

▪ стаття Які функції при англійському монарху виконував камергер стільця? Детальна відповідь

▪ стаття Технік-дефектоскопіст з магнітного та ультразвукового контролю. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття ЕПРА на дискретних елементах ламп Т8. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Усунення мимовільного перемикання у МВП-4-5. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024