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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misura remota della resistenza elettrica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione L'autore propone un metodo per misurare la resistenza di un resistore variabile, termistore o sensore di qualsiasi quantità fisica, il cui parametro di uscita è la resistenza elettrica. La distanza tra l'oggetto da misurare e il dispositivo può raggiungere diverse centinaia di metri e per collegarli sono sufficienti solo due fili. A volte diventa necessario misurare la resistenza elettrica di un oggetto situato a notevole distanza. Ad esempio, se metti una puleggia sull'asse di un resistore variabile e fai passare un cavo attraverso di essa con un galleggiante attaccato a un'estremità e un peso all'altra, puoi determinare il livello dell'acqua in un serbatoio o serbatoio. Allo stesso modo, puoi controllare il grado di apertura di finestre, serrande d'aria e porte. Sono disponibili numerosi strumenti industriali per la misurazione della resistenza a distanza. Ma in alcuni casi il loro utilizzo risulta essere troppo costoso e, soprattutto, non dispongono di protezione antivandalica e gli oggetti controllati si trovano spesso in luoghi raramente visitati dal personale di manutenzione. Vorrei collegare un piccolo ed economico sensore ad una coppia di fili che vanno ad un dispositivo di misurazione situato ad uno o due chilometri di distanza. Non vengono presi in considerazione gli schemi di collegamento che richiedono un numero maggiore di fili, poiché i fili liberi scarseggiano sempre nei cavi di comunicazione e controllo esistenti. E il comune circuito a quattro fili per misurare la resistenza su linee di comunicazione così lunghe non fornisce la precisione richiesta per una serie di motivi. Propongo un metodo per la misurazione remota della resistenza che richiede solo una linea di comunicazione a due fili e la resistenza dei fili non introduce errori nel risultato della misurazione. Il principio di misura è illustrato in fig. 1, dove Rx - resistenza misurata; Rn - resistenza dei fili della linea di comunicazione; GI1 - fonte corrente. Quando l'interruttore SA1 è nella posizione superiore nel circuito, la corrente sorgente scorre attraverso la linea di comunicazione, il diodo VD1 e la resistenza misurata. Il voltmetro PV1 mostra la tensione U1=UVD1+io (Rn+Rx), dove seiVD1 - caduta di tensione diretta sul diodo VD1. Dopo che l'interruttore SA1 viene spostato nella posizione inferiore, la corrente scorrerà attraverso la linea di comunicazione e il diodo VD2 e il voltmetro PV1 mostrerà la tensione U2=UVD2+I Rn, dove seiVD2 - caduta di tensione diretta sul diodo VD2. Se i diodi VD1 e VD2 sono identici, allora UVD1=UVD2 и Rx=(u1-U2)/IO.
Nella fig. La Figura 2 mostra un diagramma dell'implementazione di questo metodo di misurazione. Uno stabilizzatore di corrente è assemblato sul transistor VT1. Sul chip DD1 è presente un multivibratore che controlla il funzionamento dell'interruttore sulle chiavi elettroniche DD2 e DD3. Mentre è presente una tensione di livello logico elevato sul pin 10 DD1, la corrente dallo stabilizzatore passerà attraverso l'interruttore chiuso DD2.1, il primo filo della linea di collegamento, il diodo VD1, la resistenza misurata Rx, il secondo filo della linea di collegamento e la chiave chiusa DD2.4 al filo comune. La caduta di tensione su questo circuito verrà applicata attraverso l'interruttore chiuso DD3.1 al condensatore C6 e lo caricherà alla tensione A.
Nel successivo semiciclo del multivibratore, la corrente passerà attraverso l'interruttore chiuso DD2.3, il secondo filo della linea di collegamento, il diodo VD2, il primo filo della linea di collegamento e l'interruttore chiuso DD2.2 al filo comune. La caduta di tensione su questo circuito attraverso l'interruttore chiuso DD3.2 caricherà il condensatore C7 alla tensione U2. I circuiti R4C5VD3 e R5C4VD4 ritardano i momenti di chiusura degli interruttori DD3.1 e DD3.2 per il tempo necessario all'attenuazione dei processi transitori nella linea di comunicazione. Il voltmetro ad alta resistenza PV1 misura il proporzionale Rx differenza di tensione tra i condensatori. Se si imposta la corrente di uscita dello stabilizzatore su 1 mA, le letture del voltmetro in volt saranno numericamente uguali alla resistenza misurata in kilo-ohm. In condizioni reali, la linea di comunicazione può passare attraverso cavi telefonici e di segnale con parametri elettrici diversi. L'ampiezza dei processi transitori in essi contenuti può raggiungere 3 V (valore effettivamente misurato). Questi processi sono particolarmente evidenti se la resistenza misurata ha una componente induttiva significativa. Ad esempio, se si tratta di una bobina relè utilizzata come sensore di temperatura. In alcuni casi, i processi transitori possono essere piuttosto lunghi. Per eliminare la loro influenza è necessario aumentare il periodo di oscillazione del multivibratore e le costanti di tempo dei circuiti di ritardo. Come linea di comunicazione, si consiglia di scegliere una coppia di fili intrecciati con una dispersione di corrente minima. Non dovrebbe trovarsi non solo tra i fili della coppia, ma anche tra questi e gli altri fili del cavo utilizzato. Se consideriamo che al momento in cui viene inviata una chiamata a un abbonato, la tensione sulla linea telefonica supera i 120 V, è chiaro che anche una piccola perdita può creare gravi interferenze e persino danneggiare il dispositivo di misurazione della resistenza. L'impostazione del misuratore si riduce principalmente alla regolazione dello stabilizzatore di corrente. Per fare ciò, spezzare il filo che collega lo stabilizzatore di corrente alle chiavi elettroniche nel punto contrassegnato da una croce nello schema e accendere un milliamperometro tra i punti A e B. Impostare la corrente richiesta (ad esempio 1 mA) selezionando il resistore R3. Se non lo fai, potresti superare accidentalmente la corrente consentita per le chiavi del microcircuito K561KT3. Il microcircuito potrebbe anche continuare a funzionare dopo un sovraccarico, ma i risultati della misurazione diventeranno strani. Quindi, dopo aver ripristinato il collegamento dello stabilizzatore di corrente con i tasti, collegare al dispositivo un resistore di resistenza nota con precisione come Rx e infine selezionare il resistore R3 in base alle letture del voltmetro PV1. Ora sui componenti dell'errore del metodo in esame. Il primo è la diversa caduta di tensione tra i diodi VD1 e VD2. Questa componente di errore è chiaramente evidente quando si misura una resistenza di 200 Ohm e aumenta al diminuire. Per abbassarlo, è necessario selezionare diodi con la stessa caduta di tensione a una determinata corrente di misurazione e provare a fornire loro le stesse condizioni di temperatura. La seconda componente dell'errore è associata alla scarsa qualità della stabilizzazione della corrente. Si manifesta a valori elevati di resistenza misurata. Per ridurlo, dovresti scegliere un transistor ad effetto di campo con la tensione di soglia più bassa possibile e la pendenza più alta possibile della caratteristica come VT1. Se è necessaria una maggiore precisione di misurazione, è necessario utilizzare uno stabilizzatore di corrente sull'amplificatore operazionale. La terza componente dell'errore è associata alla diffusione della resistenza degli interruttori chiusi del microcircuito K561KT3, che può raggiungere ±5 Ohm. Se è necessario rimuovere questo errore, collegare tra loro i conduttori del diodo VD2 e prestare attenzione alle letture del voltmetro PV1. Se mostra una tensione positiva, collegare il resistore di equalizzazione in serie con il tasto DD2.2 o DD2.3 e selezionarlo in modo che le letture diventino zero. Se il voltmetro mostra un valore negativo, la resistenza di equalizzazione deve essere collegata in serie alla chiave DD2.1 o DD2.4. Nella fig. La Figura 3 mostra un diagramma dell'implementazione del metodo considerato di misurazione della resistenza remota utilizzando un microcontrollore, che può essere qualsiasi cosa abbia un ADC integrato. A differenza del diagramma in Fig. 2, per semplificare la commutazione, qui vengono utilizzati due stabilizzatori di corrente, che dovrebbero essere identici. AN0 è l'ingresso di un ADC non mostrato nello schema del microcontrollore (potrebbe essere, ad esempio, PIC16F8T3A), RA1 e RA2 sono le sue linee di ingresso/uscita discrete per uso generale. Il microcontrollore è alimentato a 5 V.
Nel primo ciclo di misurazione, il programma del microcontrollore configura la linea RA2 come uscita e la linea RA1 come ingresso con un'elevata resistenza di ingresso. Imposta l'uscita RA2 su un livello logico basso. Di conseguenza, la corrente stabilizzatrice sul transistor VT1 scorre lungo la linea di comunicazione attraverso il diodo VD1 e la resistenza misurata Rx, e poi scorre nel filo comune attraverso l'uscita a bassa impedenza RA2. Dopo una pausa necessaria per il completamento dei processi transitori, l'ADC del microcontrollore misura la tensione U1. Nel secondo ciclo le funzioni delle linee RA1 e RA2 cambiano reciprocamente. Di conseguenza, la corrente stabilizzatrice sul transistor VT2 scorre lungo la linea di comunicazione attraverso il diodo VD2 e passa nel filo comune attraverso l'uscita a bassa resistenza RA1. L'ADC misura la tensione U2. Quindi il programma trova la differenza U1-U2, calcola Rx, dopodiché il processo viene ripetuto. La corrente di uno degli stabilizzatori (ad esempio sul transistor VT1) viene impostata selezionando il resistore R1 secondo il metodo precedentemente descritto. Quindi, un resistore variabile da 1 kOhm viene collegato in serie all'interruzione di un qualsiasi filo della linea di comunicazione, e come Rx collegare un resistore di resistenza nota. Selezionando il resistore R2, otteniamo un'influenza minima del resistore variabile (sull'intero intervallo di variazioni della sua resistenza) sul risultato della misurazione. I diodi Zener VD3, VD4 proteggono gli ingressi del microcontrollore in caso di interruzione del circuito di misurazione. I diodi VD5, VD6 disaccoppiano i circuiti di misurazione della tensione U1 e tu2. Il limite inferiore della resistenza misurata in entrambi i casi considerati è praticamente zero. Il limite superiore per un dispositivo assemblato secondo il circuito mostrato in Fig. 2, con una corrente di 1 mA - circa 7 kOhm. Con un ulteriore aumento della resistenza misurata a seguito di una violazione della stabilizzazione corrente, l'errore aumenta notevolmente. Per il circuito mostrato in Fig. 3, la caduta di tensione massima su Rx è uguale alla tensione di ingresso ADC consentita (5 V). Pertanto, con una corrente di 1 mA, è possibile misurare una resistenza non superiore a 5 kOhm. Va notato che il metodo considerato consente di misurare la differenza tra due resistenze, una delle quali è collegata in serie al diodo VD1 e la seconda al diodo VD2. Ciò è utile, ad esempio, quando come sensore di temperatura si utilizza un termistore, la cui resistenza a una temperatura di 0 оC non è uguale a zero. Se accendi il termistore come Rx (in serie con il diodo VD1) e in serie con il diodo VD2 accendi un resistore di compensazione la cui resistenza è uguale alla resistenza del termistore a temperatura zero, le letture del dispositivo saranno positive a temperature superiori allo zero e negative se inferiori allo zero. Nel dispositivo praticamente implementato, la resistenza misurata e i diodi VD1, VD2 si trovavano a una distanza di circa 700 m dal misuratore. Per collegarli è stata utilizzata una coppia di cavi telefonici intrecciati e sciolti. Le letture dello strumento erano instabili finché non veniva introdotto un ritardo di misurazione per la durata dei processi transitori. La pratica ha dimostrato che se non è urgentemente necessaria un'elevata velocità di misurazione, è meglio ridurre la frequenza di commutazione della corrente di misurazione. Autore: L. Elizarov
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