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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medição remota de resistência elétrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O autor propõe um método para medir a resistência de um resistor variável, termistor ou sensor de qualquer grandeza física, cujo parâmetro de saída é a resistência elétrica. A distância entre o objeto de medição e o dispositivo pode chegar a várias centenas de metros, e apenas dois fios são suficientes para conectá-los. Às vezes torna-se necessário medir a resistência elétrica de um objeto localizado a uma distância considerável. Por exemplo, se você colocar uma polia no eixo de um resistor variável e passar um cabo por ela com uma bóia presa em uma extremidade e um peso na outra, poderá determinar o nível de água em um tanque ou reservatório. Da mesma forma, você pode controlar o grau de abertura de janelas, amortecedores de ar e portas. Vários instrumentos industriais estão disponíveis para medição remota de resistência. Mas, em alguns casos, seu uso acaba sendo muito caro e, o mais importante, não possuem proteção antivandalismo, e os objetos controlados costumam estar localizados em locais raramente visitados pelo pessoal de manutenção. Gostaria de conectar um sensor pequeno e barato a um par de fios que vai para um dispositivo de medição localizado a um ou dois quilômetros de distância. Esquemas de conexão que exigem um número maior de fios não são considerados, porque os fios livres estão sempre em falta nos cabos de comunicação e controle existentes. E o circuito comum de quatro fios para medir resistência em linhas de comunicação tão longas não fornece a precisão necessária por vários motivos. Proponho um método para medição remota de resistência que requer apenas uma linha de comunicação de dois fios, e a resistência dos fios não introduz erros no resultado da medição. O princípio de medição é ilustrado na fig. 1, onde Rx - resistência medida; Rn - resistência dos fios das linhas de comunicação; GI1 - fonte atual. Quando a chave SA1 está na posição superior do circuito, a corrente da fonte flui através da linha de comunicação, do diodo VD1 e da resistência medida. Voltímetro PV1 mostra tensão U1=UVD1+I (Rn+Rx), onde vocêVD1 - queda de tensão direta no diodo VD1. Depois que a chave SA1 for movida para a posição inferior, a corrente fluirá através da linha de comunicação e do diodo VD2, e o voltímetro PV1 mostrará a tensão U2=UVD2+I Rn, onde vocêVD2 - queda de tensão direta no diodo VD2. Se os diodos VD1 e VD2 forem idênticos, então UVD1=UVD2 и Rx=(você1-U2)/EU.
Na Fig. A Figura 2 mostra um diagrama da implementação deste método de medição. Um estabilizador de corrente é montado no transistor VT1. No chip DD1 existe um multivibrador que controla o funcionamento da chave nas chaves eletrônicas DD2 e DD3. Enquanto houver uma tensão de alto nível lógico no pino 10 DD1, a corrente do estabilizador passará pela chave fechada DD2.1, o primeiro fio da linha de conexão, diodo VD1, resistência medida Rx, o segundo fio da linha de conexão e a chave fechada DD2.4 ao fio comum. A queda de tensão neste circuito será aplicada através da chave fechada DD3.1 ao capacitor C6 e carregá-lo-á com a tensão A.
No próximo meio ciclo do multivibrador, a corrente passará pela chave fechada DD2.3, o segundo fio da linha de conexão, o diodo VD2, o primeiro fio da linha de conexão e a chave fechada DD2.2 para o fio comum. A queda de tensão neste circuito através da chave fechada DD3.2 carregará o capacitor C7 na tensão U2. Os circuitos R4C5VD3 e R5C4VD4 atrasam os momentos de fechamento das chaves DD3.1 e DD3.2 pelo tempo necessário para atenuar processos transitórios na linha de comunicação. O voltímetro de alta resistência PV1 mede o R proporcionalx diferença de tensão entre capacitores. Se você definir a corrente de saída do estabilizador para 1 mA, as leituras do voltímetro em volts serão numericamente iguais à resistência medida em quilo-ohms. Em condições reais, a linha de comunicação pode passar por cabos telefônicos e de sinal com diferentes parâmetros elétricos. A amplitude dos processos transitórios neles pode chegar a 3 V (o valor realmente medido). Esses processos são especialmente perceptíveis se a resistência medida tiver um componente indutivo significativo. Por exemplo, se for uma bobina de relé usada como sensor de temperatura. Em alguns casos, os processos transitórios podem ser bastante longos. Para eliminar sua influência, é necessário aumentar o período de oscilação do multivibrador e as constantes de tempo dos circuitos de atraso. Como linha de comunicação, recomenda-se escolher um par trançado de fios com vazamento mínimo de corrente. Não deve ficar só entre os fios do par, mas também entre eles e os demais fios do cabo utilizado. Se considerarmos que no momento em que uma chamada é enviada a um assinante a tensão da linha telefônica ultrapassa 120 V, fica claro que mesmo um pequeno vazamento pode criar interferências graves e até danificar o medidor de resistência. A configuração do medidor se resume principalmente ao ajuste do estabilizador de corrente. Para isso, quebre o fio que conecta o estabilizador de corrente às chaves eletrônicas no local marcado com uma cruz no diagrama e ligue um miliamperímetro entre os pontos A e B. Defina a corrente necessária (por exemplo, 1 mA) selecionando o resistor R3. Se você não fizer isso, poderá exceder acidentalmente a corrente permitida para as chaves do microcircuito K561KT3. O microcircuito pode até continuar funcionando após uma sobrecarga, mas os resultados da medição ficarão estranhos. Em seguida, tendo restaurado a conexão do estabilizador de corrente com as chaves, conecte ao dispositivo um resistor de resistência precisamente conhecida como Rx e finalmente selecione o resistor R3 de acordo com as leituras do voltímetro PV1. Agora, sobre os componentes do erro do método em consideração. A primeira é a diferente queda de tensão nos diodos VD1 e VD2. Este componente de erro é claramente perceptível ao medir uma resistência de 200 Ohms e aumenta à medida que diminui. Para baixá-lo, é necessário selecionar diodos com a mesma queda de tensão em uma determinada corrente de medição e tentar fornecê-los com as mesmas condições de temperatura. O segundo componente do erro está associado à baixa qualidade da estabilização da corrente. Ela se manifesta em altos valores de resistência medida. Para reduzi-lo, você deve escolher um transistor de efeito de campo com a menor tensão limite possível e a maior inclinação possível da característica como VT1. Se for necessária maior precisão de medição, um estabilizador de corrente deverá ser usado no amplificador operacional. O terceiro componente do erro está associado ao spread na resistência das chaves fechadas do microcircuito K561KT3, que pode atingir ±5 Ohms. Caso seja necessário eliminar este erro, conecte os terminais do diodo VD2 entre si e preste atenção nas leituras do voltímetro PV1. Se mostrar uma tensão positiva, conecte o resistor de equalização em série com a chave DD2.2 ou DD2.3 e selecione-o para que as leituras se tornem zero. Se o voltímetro mostrar um valor negativo, o resistor de equalização deve ser conectado em série com a chave DD2.1 ou DD2.4. Na Fig. A Figura 3 mostra um diagrama da implementação do método considerado de medição remota de resistência usando um microcontrolador, que pode ser qualquer coisa que possua um ADC embutido. Ao contrário do diagrama da Fig. 2, para simplificar a comutação, são utilizados aqui dois estabilizadores de corrente, que devem ser idênticos. AN0 é a entrada de um ADC não mostrado no diagrama do microcontrolador (pode ser, por exemplo, PIC16F8T3A), RA1 e RA2 são suas linhas de entrada/saída discretas de uso geral. O microcontrolador é alimentado por 5 V.
No primeiro ciclo de medição, o programa do microcontrolador configura a linha RA2 como saída e a linha RA1 como entrada com alta resistência de entrada. Ele define a saída RA2 para um nível lógico baixo. Como resultado, a corrente do estabilizador no transistor VT1 flui ao longo da linha de comunicação através do diodo VD1 e da resistência medida Rx, e então flui para o fio comum através da saída RA2 de baixa impedância. Após uma pausa necessária para a conclusão dos processos transitórios, o ADC do microcontrolador mede a tensão U1. No segundo ciclo, as funções das linhas RA1 e RA2 mudam mutuamente. Como resultado, a corrente do estabilizador no transistor VT2 flui ao longo da linha de comunicação através do diodo VD2 e entra no fio comum através da saída de baixa resistência RA1. O ADC mede a tensão U2. Então o programa encontra a diferença U1-U2, calcula Rx, após o qual o processo é repetido. A corrente de um dos estabilizadores (por exemplo, no transistor VT1) é definida selecionando o resistor R1 de acordo com o método descrito anteriormente. Então, um resistor variável de 1 kOhm é conectado em série ao rompimento de qualquer fio da linha de comunicação, e como Rx conecte um resistor de resistência conhecida. Ao selecionar o resistor R2, alcançamos a influência mínima do resistor variável (em toda a faixa de mudanças em sua resistência) no resultado da medição. Os diodos Zener VD3, VD4 protegem as entradas do microcontrolador em caso de interrupção do circuito de medição. Os diodos VD5, VD6 desacoplam os circuitos de medição de tensão U1 e você2. O limite inferior da resistência medida em ambos os casos considerados é praticamente zero. O limite superior para um dispositivo montado de acordo com o circuito mostrado na Fig. 2, com uma corrente de 1 mA - cerca de 7 kOhm. Com um aumento adicional na resistência medida como resultado de uma violação da estabilização da corrente, o erro aumenta acentuadamente. Para o circuito mostrado na Fig. 3, a queda máxima de tensão em Rx é igual à tensão de entrada ADC permitida (5 V). Portanto, com uma corrente de 1 mA, uma resistência não superior a 5 kOhm pode ser medida. Deve-se notar que o método considerado permite medir a diferença entre duas resistências, uma das quais está conectada em série com o diodo VD1 e a segunda com o diodo VD2. Isso é conveniente, por exemplo, ao usar um termistor como sensor de temperatura, cuja resistência a uma temperatura de 0 оC não é igual a zero. Se você ligar o termistor como Rx (em série com o diodo VD1), e em série com o diodo VD2 ligar um resistor de compensação cuja resistência é igual à resistência do termistor em temperatura zero, então as leituras do dispositivo serão positivas em temperaturas acima de zero e negativo se estiver abaixo de zero. No dispositivo praticamente implementado, a resistência medida e os diodos VD1, VD2 estavam localizados a uma distância de cerca de 700 m do medidor. Para conectá-los, foi usado um par trançado solto de cabos telefônicos. As leituras do instrumento eram instáveis até que um atraso de medição foi introduzido durante os processos transitórios. A prática tem mostrado que, se não houver necessidade urgente de uma alta velocidade de medição, é melhor diminuir a frequência de comutação da corrente de medição. Autor: L. Elizarov
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