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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Mesure à distance de la résistance électrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure L'auteur propose une méthode pour mesurer la résistance d'une résistance variable, d'une thermistance ou d'un capteur de n'importe quelle grandeur physique, dont le paramètre de sortie est la résistance électrique. La distance entre l'objet de mesure et l'appareil peut atteindre plusieurs centaines de mètres, et seuls deux fils suffisent pour les relier. Parfois, il devient nécessaire de mesurer la résistance électrique d'un objet situé à une distance considérable. Par exemple, si vous placez une poulie sur l'axe d'une résistance variable et que vous y lancez un câble avec un flotteur fixé à une extrémité et une charge à l'autre, vous pouvez déterminer le niveau d'eau dans un réservoir ou dans un étang. De même, vous pouvez contrôler le degré d'ouverture des fenêtres, des volets d'air, des portes. De nombreux instruments commerciaux existent pour mesurer la résistance à distance. Mais dans certains cas, leur utilisation s'avère trop coûteuse et, surtout, ils ne disposent pas de protection anti-vandalisme, et les objets contrôlés sont souvent situés dans des endroits rarement visités par le personnel de service. Je voudrais connecter un petit capteur bon marché à une paire de fils allant à un appareil de mesure situé à un ou deux kilomètres. Les schémas de connexion qui nécessitent un plus grand nombre de fils ne sont pas pris en compte, car les fils libres sont toujours rares dans les câbles de communication et de commande existants. Et le circuit de mesure de résistance à quatre fils commun sur de telles lignes de communication étendues, pour un certain nombre de raisons, ne fournit pas la précision requise. Je propose une méthode de mesure à distance de la résistance, ne nécessitant qu'une ligne de communication à deux fils, et la résistance des fils n'introduit pas d'erreurs dans le résultat de la mesure. Le principe de mesure est illustré à la fig. 1, où Rx - résistance mesurée ; Rn - résistance des fils de la ligne de communication ; GI1 - source de courant. Lorsque le commutateur SA1 est en position haute selon le circuit, le courant de source circule à travers la ligne de communication, la diode VD1 et la résistance mesurée. Le voltmètre PV1 indique la tension U1=UVD1+je (rn+Rx), où es-tuVD1 - chute de tension continue aux bornes de la diode VD1. Après avoir basculé l'interrupteur SA1 en position basse, le courant traversera la ligne de communication et la diode VD2, et le voltmètre PV1 affichera la tension U2=UVD2+I Rn, où es-tuVD2 - chute de tension continue aux bornes de la diode VD2. Si les diodes VD1 et VD2 sont identiques, alors UVD1=UVD2 и Rx=(U1-U2)/JE.
Sur la fig. La figure 2 représente un schéma de mise en oeuvre de cette méthode de mesure. Un stabilisateur de courant est monté sur le transistor VT1. Sur la puce DD1 - un multivibrateur qui contrôle le fonctionnement de l'interrupteur sur les clés électroniques DD2 et DD3. Lors de la présence d'une tension de niveau logique élevé sur la broche 10 DD1, le courant du stabilisateur passera par la clé fermée DD2.1, le premier fil de la ligne de connexion, la diode VD1, la résistance mesurée Rx, le deuxième fil de la ligne de connexion et une clé fermée DD2.4 à un fil commun. La chute de tension sur ce circuit sera appliquée via la clé fermée DD3.1 au condensateur C6 et le chargera à la tension A.
Dans le prochain demi-cycle d'oscillations du multivibrateur, le courant passera par la clé fermée DD2.3, le deuxième fil de la ligne de connexion, la diode VD2, le premier fil de la ligne de connexion et la clé fermée DD2.2 à un fil commun. La chute de tension sur ce circuit via la clé fermée DD3.2 chargera le condensateur C7 à la tension U2. Les circuits R4C5VD3 et R5C4VD4 retardent les instants de fermeture des touches DD3.1 et DD3.2 du temps nécessaire à l'atténuation des transitoires dans la ligne de communication. Le voltmètre à haute résistance PV1 mesure le R proportionnelx différence de tension aux bornes des condensateurs. Si vous réglez le courant de sortie du stabilisateur sur 1 mA, les lectures du voltmètre en volts seront numériquement égales à la résistance mesurée en kiloohms. Dans des conditions réelles, une ligne de communication peut traverser des câbles téléphoniques et de signal avec des paramètres électriques différents. L'amplitude des processus transitoires en eux peut atteindre 3 V (valeur réellement mesurée). Ces processus sont particulièrement visibles si la résistance mesurée a une composante inductive significative. Par exemple, s'il s'agit d'une bobine de relais utilisée comme capteur de température. Dans certains cas, les processus transitoires sont assez longs. Pour éliminer leur influence, il est nécessaire d'augmenter la période d'oscillation du multivibrateur et les constantes de temps des circuits à retard. En tant que ligne de communication, il est recommandé de choisir une paire de fils torsadés avec une fuite de courant minimale. Cela ne doit pas être seulement entre les fils de la paire, mais aussi entre eux et les autres fils du câble utilisé. Si l'on tient compte du fait qu'au moment d'appeler l'abonné, la tension de la ligne téléphonique dépasse 120 V, il est clair que même une petite fuite peut créer de graves interférences et même endommager l'appareil de mesure de la résistance. La configuration du compteur revient essentiellement à régler le stabilisateur de courant. Pour ce faire, cassez le fil reliant le stabilisateur de courant aux clés électroniques à l'endroit marqué sur le schéma par une croix, et allumez le milliampèremètre entre les points A et B. Réglez le courant requis (par exemple, 1 mA) en sélectionnant la résistance R3. Si cela n'est pas fait, vous pouvez accidentellement dépasser le courant autorisé pour les clés de la puce K561KT3. Le microcircuit après une surcharge peut même continuer à fonctionner, mais les résultats de mesure deviendront étranges. Ensuite, après avoir rétabli la connexion du stabilisateur de courant avec les touches, connectez une résistance de résistance précisément connue à l'appareil en tant que Rx et sélectionnez enfin la résistance R3 en fonction des lectures du voltmètre PV1. Passons maintenant aux composantes de l'erreur de la méthode considérée. La première est une chute de tension différente aux bornes des diodes VD1 et VD2. Cette composante de l'erreur est clairement perceptible lors de la mesure d'une résistance de 200 ohms et augmente avec sa diminution. Pour l'abaisser, il faut sélectionner des diodes avec la même chute de tension à un courant de mesure donné et essayer de leur fournir les mêmes conditions de température. La deuxième composante de l'erreur est associée à la faible qualité de la stabilisation du courant. Il se manifeste à des valeurs élevées de la résistance mesurée. Pour le réduire, vous devez choisir comme VT1 un transistor à effet de champ avec la tension de seuil la plus basse possible et la pente la plus élevée possible de la caractéristique. Si une précision de mesure accrue est requise, un stabilisateur de courant sur un amplificateur opérationnel doit être utilisé. La troisième composante de l'erreur est liée à la variation de la résistance des touches fermées du microcircuit K561KT3, qui peut atteindre ± 5 ohms. Si vous devez supprimer cette erreur, fermez les bornes de la diode VD2 l'une à l'autre et faites attention aux lectures du voltmètre PV1. S'il affiche une tension positive, activez la résistance d'égalisation en série avec la touche DD2.2 ou DD2.3 et sélectionnez-la pour que les lectures deviennent nulles. Si le voltmètre affiche une valeur négative, la résistance d'égalisation doit être connectée en série avec la clé DD2.1 ou DD2.4. Sur la fig. La figure 3 montre un schéma de la mise en œuvre de la méthode considérée pour la mesure à distance de la résistance à l'aide d'un microcontrôleur, qui peut être n'importe lequel avec un ADC intégré. Contrairement au schéma de la Fig. 2, pour simplifier la commutation, on utilise ici deux stabilisateurs de courant qui doivent être identiques. AN0 est l'entrée ADC d'un microcontrôleur non représenté sur le schéma (il peut s'agir, par exemple, de PIC16F8T3A), RA1 et RA2 sont ses lignes d'E/S discrètes à usage général. Le microcontrôleur est alimenté en 5 V.
Dans le premier cycle de mesure, le programme du microcontrôleur configure la ligne RA2 en sortie et la ligne RA1 en entrée avec une grande résistance d'entrée. A la sortie de RA2, il fixe un niveau logique bas. En conséquence, le courant de stabilisation sur le transistor VT1 traverse la ligne de communication à travers la diode VD1 et la résistance mesurée Rx, puis s'écoule dans le fil commun via la sortie à faible résistance RA2. Après une pause nécessaire pour compléter les transitoires, le CAN du microcontrôleur mesure la tension U1. Au deuxième cycle, les fonctions des lignes RA1 et RA2 changent mutuellement. En conséquence, le courant de stabilisation sur le transistor VT2 traverse la ligne de communication à travers la diode VD2 et passe dans le fil commun via la sortie à faible résistance RA1. L'ADC mesure la tension U2. Ensuite, le programme trouve la différence U1-U2, calcule Rx, après quoi le processus est répété. Le courant de l'un des stabilisateurs (par exemple, sur le transistor VT1) est réglé en sélectionnant la résistance R1 selon la méthode décrite précédemment. Ensuite, une résistance variable de 1 kΩ est incluse en série avec une rupture dans n'importe quel fil de la ligne de communication, et comme Rx connecter une résistance de résistance connue. En sélectionnant la résistance R2, l'influence minimale de la résistance variable (dans toute la plage de sa variation de résistance) sur le résultat de la mesure est obtenue. Les diodes Zener VD3, VD4 protègent les entrées du microcontrôleur en cas de coupure dans le circuit de mesure. Les diodes VD5, VD6 découplent les circuits de mesure de tension U1 et toi2. La limite inférieure de la résistance mesurée dans les deux cas considérés est pratiquement nulle. La limite supérieure pour un dispositif assemblé selon le schéma illustré à la fig. 2, à un courant de 1 mA - environ 7 kOhm. Avec une nouvelle augmentation de la résistance mesurée à la suite d'une violation de la stabilisation du courant, l'erreur augmente fortement. Pour le circuit illustré à la fig. 3, la chute de tension maximale aux bornes de Rx est égale à la tension d'entrée admissible du CAN (5 V). Par conséquent, à un courant de 1 mA, une résistance ne dépassant pas 5 kΩ peut être mesurée. Il convient de noter que la méthode considérée permet de mesurer la différence entre deux résistances, dont l'une est connectée en série avec la diode VD1 et la seconde avec la diode VD2. Ceci est pratique, par exemple, lors de l'utilisation d'une thermistance comme capteur de température, dont la résistance à une température de 0 оC n'est pas égal à zéro. Si vous allumez la thermistance en tant que Rx (en série avec la diode VD1) et allumez une résistance de compensation en série avec la diode VD2, dont la résistance est égale à la résistance de la thermistance à température nulle, alors les lectures de l'instrument sera positif à une température supérieure à zéro et négatif si elle est inférieure à zéro. Dans un dispositif pratiquement mis en œuvre, la résistance mesurée et les diodes VD1, VD2 étaient situées à une distance d'environ 700 m du compteur. Pour leur connexion, une paire torsadée libre de fils de câble téléphonique a été utilisée. Les lectures de l'instrument étaient instables jusqu'à ce qu'un retard de mesure soit introduit pendant la durée des transitoires. La pratique a montré que s'il n'y a pas de besoin urgent d'une vitesse de mesure élevée, il est préférable de diminuer la fréquence de commutation du courant de mesure. Auteur : L. Elizarov
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