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無線電子工学および電気工学の百科事典 電気抵抗の遠隔測定。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
著者は、出力パラメータが電気抵抗である可変抵抗器、サーミスタ、または任意の物理量のセンサーの抵抗を測定する方法を提案しています。 測定対象物とデバイスの間の距離は数百メートルに達する場合があり、それらを接続するにはXNUMX本のワイヤーだけで十分です。 場合によっては、かなり離れたところにある物体の電気抵抗を測定する必要があります。 たとえば、可変抵抗器の軸に滑車を取り付け、一端にフロートを固定し、もう一端に負荷を取り付けたケーブルを通すと、タンクや池の水位を測定できます。 同様に、窓、エアダンパー、ドアの開度を制御できます。 遠隔抵抗測定用の商用機器が多数存在します。 しかし場合によっては、それらの使用には費用がかかりすぎることが判明し、最も重要なことに、それらには破壊行為に対する保護が備わっておらず、管理対象物はサービス担当者がめったに訪れない場所に配置されていることがよくあります。 小型で安価なセンサーを、XNUMX ～ XNUMX キロメートル離れた測定装置に向かう一対のワイヤに接続したいと考えています。 既存の通信および制御ケーブルでは空きワイヤが常に不足しているため、より多くのワイヤを必要とする接続方式は考慮されていません。 そして、このような拡張通信回線にある一般的な XNUMX 線式抵抗測定回路では、さまざまな理由により、必要な精度が得られません。 私は、XNUMX 線式通信回線のみを必要とし、ワイヤの抵抗によって測定結果に誤差が生じない、抵抗の遠隔測定方法を提案します。 測定原理を図1に示します。 XNUMX、ここでRx - 測定された抵抗; Rn - 通信回線のワイヤの抵抗。 GI1 - 電流源。 回路に従ってスイッチ SA1 が上の位置にある場合、電源電流は通信線、ダイオード VD1、および測定された抵抗を流れます。 電圧計 PV1 は電圧 U を示します1=UVD1+私（Rn+Rx)、ここで UVD1 - ダイオード VD1 の両端の直接電圧降下。 スイッチ SA1 を低い位置に切り替えると、電流が通信線とダイオード VD2 を流れ、電圧計 PV1 は電圧 U を表示します。2=UVD2+I Rn、ここで UVD2 - ダイオード VD2 の両端の直接電圧降下。 ダイオード VD1 と VD2 が同一の場合、UVD1=UVD2 и Rx=(U1-U2）/私。
図上。 図２は、この測定方法の実装を示す図である。 電流安定化装置はトランジスタ VT2 に組み込まれています。 DD1 チップ上 - 電子キー DD1 および DD2 のスイッチの動作を制御するマルチバイブレーター。 ピン 3 DD10 に高論理レベルの電圧が存在している間、スタビライザーからの電流は、クローズドキー DD1、接続ラインの最初のワイヤ、ダイオード VD2.1、測定された抵抗 R を通過します。x、接続ラインの 2.4 番目のワイヤとクローズド キー DD3.1 を共通ワイヤに接続します。 この回路での電圧降下は、クローズドキー DD6 を通じてコンデンサ CXNUMX に印加され、電圧 A に充電されます。
マルチバイブレータの発振の次の半サイクルでは、電流はクローズド キー DD2.3、接続ラインの 2 番目のワイヤ、ダイオード VD2.2、接続ラインの 3.2 番目のワイヤ、およびクローズド キー DD7 を通過します。共通のワイヤーに。 閉じたキー DD2 によるこの回路の電圧降下は、コンデンサ C4 を電圧 U5 に充電します。 回路 R3C5VD4 および R4C3.1VD3.2 は、通信回線の過渡現象の減衰に必要な時間だけ、キー DDXNUMX および DDXNUMX が閉じる瞬間を遅らせます。 高抵抗電圧計 PV1 は、比例 R を測定します。x コンデンサの両端の電圧差。 スタビライザーの出力電流を 1 mA に設定すると、電圧計の測定値 (ボルト単位) は、測定された抵抗 (キロオーム単位) と数値的に等しくなります。 実際の状況では、通信回線は、異なる電気パラメータを持つ電話ケーブルと信号ケーブルを通過できます。 それらの過渡プロセスの振幅は3 V（実測値）に達することがあります。 これらのプロセスは、測定された抵抗に重大な誘導成分がある場合に特に顕著です。 たとえば、温度センサーとして使用されるリレーコイルの場合です。 場合によっては、一時的なプロセスが非常に長くなります。 これらの影響をなくすためには、マルチバイブレータの発振周期や遅延回路の時定数を大きくする必要があります。 通信線としては、漏れ電流が最小限に抑えられるツイストペア線を選択することをお勧めします。 ペアのワイヤ間だけでなく、ペアのワイヤと使用するケーブルの他のワイヤの間にも存在する必要があります。 加入者に電話をかけた瞬間に電話回線の電圧が120Vを超えていることを考慮すると、たとえ小さな漏れでも重大な干渉を引き起こし、抵抗測定装置に損傷を与える可能性があることは明らかです。 メーターのセットアップは基本的に、電流スタビライザーを調整することになります。 これを行うには、電流安定器と電子キーを接続するワイヤーを、図上で×印が付けられた場所で切断し、点AとBの間のミリ電流計をオンにします。 抵抗 R1 を選択して、必要な電流 (たとえば 3 mA) を設定します。 これを行わないと、K561KT3 チップのキーに許容される電流を誤って超える可能性があります。 過負荷後も超小型回路は動作し続ける可能性がありますが、測定結果がおかしくなります。 次に、キーによる電流安定化装置の接続を復元したら、抵抗値が正確にわかっている抵抗器を Rx としてデバイスに接続し、最後に電圧計 PV3 の読み取り値に従って抵抗器 R1 を選択します。 次に、検討中のメソッドのエラーの構成要素について説明します。 1 つ目は、ダイオード VD2 と VD200 間の電圧降下が異なることです。 誤差のこの成分は、XNUMX オームの抵抗を測定するときに明らかに顕著であり、抵抗が減少するにつれて増加します。 これを下げるには、特定の測定電流で同じ電圧降下を持つダイオードを選択し、それらに同じ温度条件を与えるようにする必要があります。 誤差の 1 番目の要素は、電流安定化の品質の低さに関連しています。 それは、測定された抵抗の値が大きい場合に現れます。 これを低減するには、しきい値電圧が可能な限り低く、特性の急峻性が可能な限り高い電界効果トランジスタを VTXNUMX として選択する必要があります。 測定精度の向上が必要な場合は、オペアンプの電流安定化装置を使用する必要があります。 誤差の 561 番目の要素は、K3KT5 マイクロ回路の閉じたキーの抵抗の変動に関連しており、±2 オームに達する可能性があります。 このエラーを解決する必要がある場合は、ダイオード VD1 の端子を互いに閉じ、電圧計 PV2.2 の測定値に注意してください。 正の電圧を示している場合は、DD2.3 または DD2.1 キーと直列のイコライジング抵抗をオンにし、読み取り値がゼロになるように選択します。 電圧計が負の値を示す場合、イコライジング抵抗をキー DD2.4 または DDXNUMX と直列に接続する必要があります。 図上。 図 3 は、ADC を内蔵したマイクロコントローラーを使用して抵抗を遠隔測定するための検討中の方法の実装図を示しています。 図の図とは異なります。 図 2 では、スイッチングを簡単にするために、ここでは 0 つの電流安定器が使用されていますが、これらは同一である必要があります。 AN16 は、図には示されていないマイクロコントローラ (たとえば、PIC8F3T1A) の ADC 入力であり、RA2 と RA5 は、その汎用ディスクリート I/O ラインです。 マイクロコントローラーは XNUMX V で駆動されます。
最初の測定サイクルでは、マイクロコントローラー プログラムは RA2 ラインを出力として設定し、RA1 ラインを大きな入力抵抗を持つ入力として設定します。 RA2 の出力では、ロー論理レベルが設定されます。 その結果、トランジスタ VT1 のスタビライザ電流は、ダイオード VD1 と測定された抵抗 R を通って通信ラインを流れます。x、低抵抗出力 RA2 を通ってコモン線に流れ込みます。 過渡現象を完了するために必要な一時停止の後、マイクロコントローラーの ADC は電圧 U を測定します。1. ２サイクル目では、ラインＲＡ１とラインＲＡ２の機能が相互に切り替わる。 その結果、トランジスタ VT1 のスタビライザ電流は、ダイオード VD2 を通って通信ラインを流れ、低抵抗出力 RA2 を通って共通ワイヤに流れ込みます。 ADC は電圧 U を測定します2。 次に、プログラムは違い U を見つけます。1-U2、R を計算しますx、その後プロセスが繰り返されます。 スタビライザの 1 つ（たとえば、トランジスタ VT1 上の）の電流は、前述の方法に従って抵抗 R1 を選択することによって設定されます。 そして、通信線の断線に直列にXNUMXkΩの可変抵抗器を入れ、Rとしてx 抵抗値が既知の抵抗器を接続します。 抵抗器 R2 を選択することにより、測定結果に対する可変抵抗器の影響 (抵抗変化の全範囲において) が最小限に抑えられます。 ツェナー ダイオード VD3、VD4 は、測定回路がオープンになった場合にマイクロコントローラーの入力を保護します。 ダイオード VD5、VD6 は電圧測定回路 U をデカップリングします1 とU2. 考慮された両方のケースで測定された抵抗の下限は、実質的にゼロです。 図に示すスキームに従って組み立てられたデバイスの上限は次のとおりです。 2、1 mA - 約 7 kOhm の電流で。 電流安定化の違反の結果として測定された抵抗がさらに増加すると、誤差が急激に増加します。 図に示す回路の場合。 図 3 に示すように、Rx 両端の最大電圧降下は ADC の許容入力電圧 (5V) に等しくなります。 したがって、1 mA の電流では 5 kΩ 以下の抵抗を測定できます。 ここで検討した方法では、1 つの抵抗の差を測定できることに注意してください。2 つは VD0 ダイオードと直列に接続され、もう XNUMX つは VDXNUMX ダイオードと直列に接続されます。 これは、たとえば、温度が XNUMX のときの抵抗値が XNUMX になるサーミスタを温度センサーとして使用する場合に便利です。 оC はゼロではありません。 Rx としてサーミスタ (VD1 ダイオードと直列) をオンにし、VD2 ダイオードと直列の補償抵抗をオンにすると、その抵抗は温度ゼロでのサーミスタの抵抗と等しくなります。温度がゼロより高い場合は正になり、温度がゼロより低い場合は負になります。 実際に実装されたデバイスでは、測定された抵抗とダイオード VD1、VD2 はメーターから約 700 m の距離にありました。 それらの接続には、自由なツイストペアの電話ケーブル線が使用されました。 過渡現象の継続中に測定遅延が導入されるまで、機器の読み取り値は不安定でした。 実際には、高い測定速度が緊急に必要でない場合は、測定電流のスイッチング周波数を低くする方がよいことがわかっています。 著者：L。エリザロフ
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