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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 전기 저항의 원격 측정. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
저자는 출력 매개 변수가 전기 저항인 가변 저항기, 서미스터 또는 물리량 센서의 저항을 측정하는 방법을 제안합니다. 측정 대상과 장치 사이의 거리는 수백 미터에 달할 수 있으며 두 개의 와이어만 연결하면 충분합니다. 상당한 거리에 있는 물체의 전기 저항을 측정해야 하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 가변 저항의 축에 도르래를 놓고 한쪽 끝에는 플로트가 고정되고 다른 쪽 끝에는 부하가있는 케이블을 통해 케이블을 던지면 탱크 또는 저수지의 수위를 결정할 수 있습니다. 마찬가지로 창문, 에어 댐퍼, 문의 여는 정도를 제어할 수 있습니다. 원격 저항 측정을 위한 수많은 상용 장비가 존재합니다. 그러나 경우에 따라 사용 비용이 너무 비싸고 가장 중요한 것은 파손 방지 보호 기능이 없으며 제어 대상이 서비스 직원이 거의 방문하지 않는 장소에있는 경우가 많습니다. 작고 저렴한 센서를 XNUMX~XNUMXkm 떨어진 측정 장치로 가는 한 쌍의 전선에 연결하고 싶습니다. 기존 통신 및 제어 케이블에서는 자유 전선이 항상 부족하기 때문에 더 많은 수의 전선이 필요한 연결 방식은 고려되지 않습니다. 여러 가지 이유로 이러한 확장 통신 라인의 일반적인 XNUMX선 저항 측정 회로는 필요한 정확도를 제공하지 않습니다. 나는 XNUMX선 통신선만 필요하고 전선의 저항이 측정 결과에 오류를 일으키지 않는 원격 저항 측정 방법을 제안합니다. 측정 원리는 그림 1에 나와 있습니다. XNUMX, 여기서 Rx - 측정된 저항; 아르 자형n - 통신선의 저항; GI1 - 현재 소스. 스위치 SA1이 회로에 따라 위쪽 위치에 있을 때 소스 전류는 통신 라인, 다이오드 VD1 및 측정된 저항을 통해 흐릅니다. 전압계 PV1은 전압 U를 보여줍니다.1=UVD1+ 나 (Rn+Rx), 여기서 UVD1 - 다이오드 VD1 양단의 직접적인 전압 강하. 스위치 SA1을 낮은 위치로 전환하면 통신 라인과 다이오드 VD2를 통해 전류가 흐르고 전압계 PV1은 전압 U를 표시합니다.2=UVD2+I Rn, 여기서 UVD2 - 다이오드 VD2 양단의 직접적인 전압 강하. 다이오드 VD1과 VD2가 동일하면 UVD1=UVD2 и Rx=(유1-U2)/나.
무화과에. 도 2는 이 측정 방법의 구현 다이어그램을 보여준다. 전류 안정기는 트랜지스터 VT1에 조립됩니다. DD1 칩에서 - 전자 키 DD2 및 DD3의 스위치 작동을 제어하는 멀티바이브레이터. 핀 10 DD1에 높은 논리 레벨 전압이 있는 동안 스태빌라이저의 전류는 닫힌 키 DD2.1, 연결 라인의 첫 번째 와이어, 다이오드 VD1, 측정된 저항 R을 통과합니다.x, 연결 라인의 두 번째 와이어 및 공통 와이어에 대한 닫힌 키 DD2.4. 이 회로의 전압 강하는 닫힌 키 DD3.1을 통해 커패시터 C6에 적용되고 전압 A로 충전됩니다.
멀티 바이브레이터 진동의 다음 반주기에서 전류는 닫힌 키 DD2.3, 연결 라인의 두 번째 와이어, 다이오드 VD2, 연결 라인의 첫 번째 와이어 및 닫힌 키 DD2.2를 통과합니다. 일반 전선에. 닫힌 키 DD3.2를 통한 이 회로의 전압 강하는 커패시터 C7을 전압 U2로 충전합니다. 회로 R4C5VD3 및 R5C4VD4는 통신 회선의 과도 감쇠에 필요한 시간 동안 키 DD3.1 및 DD3.2의 닫힘 순간을 지연시킵니다. 고저항 전압계 PV1은 비례 R을 측정합니다.x 커패시터 양단의 전압 차이. 스태빌라이저의 출력 전류를 1mA로 설정하면 볼트 단위의 전압계 판독 값은 킬로옴 단위의 측정 저항과 수치 적으로 동일합니다. 실제 상황에서 통신 회선은 전기적 매개변수가 다른 전화 케이블과 신호 케이블을 통과할 수 있습니다. 과도 프로세스의 진폭은 3V(실제로 측정된 값)에 도달할 수 있습니다. 이러한 프로세스는 측정된 저항에 상당한 유도 성분이 있는 경우 특히 두드러집니다. 예를 들어 온도 센서로 사용되는 릴레이 코일인 경우입니다. 경우에 따라 일시적인 프로세스가 상당히 깁니다. 이들의 영향을 없애기 위해서는 멀티바이브레이터의 발진주기와 지연회로의 시정수를 증가시킬 필요가 있다. 통신선으로는 누설전류가 적은 연선을 선택하는 것이 좋습니다. 쌍의 와이어 사이뿐만 아니라 사용되는 케이블의 다른 와이어 사이에도 있어야 합니다. 가입자에게 전화를 거는 순간 전화선의 전압이 120V를 초과한다는 점을 고려하면 작은 누출이라도 심각한 간섭을 일으키고 저항 측정 장치를 손상시킬 수 있음이 분명합니다. 미터 설정은 기본적으로 전류 스태빌라이저 조정으로 귀결됩니다. 이렇게하려면 다이어그램에 십자가로 표시된 위치에서 현재 스태빌라이저와 전자 키를 연결하는 와이어를 끊고 A와 B 지점 사이의 밀리 암미터를 켭니다. 저항 R1을 선택하여 필요한 전류(예: 3mA)를 설정합니다. 그렇지 않으면 실수로 K561KT3 칩의 키에 허용되는 전류를 초과할 수 있습니다. 과부하 후 미세 회로는 계속 작동할 수도 있지만 측정 결과가 이상해집니다. 그런 다음 전류 안정기와 키의 연결을 복원한 후 정확히 알려진 저항의 저항을 Rx로 장치에 연결하고 마지막으로 전압계 PV3의 판독 값에 따라 저항 R1을 선택합니다. 이제 고려중인 방법의 오류 구성 요소에 대해 알아보십시오. 첫 번째는 다이오드 VD1과 VD2에서 서로 다른 전압 강하입니다. 이 오류 구성 요소는 200옴의 저항을 측정할 때 분명히 눈에 띄며 감소함에 따라 증가합니다. 이를 낮추려면 주어진 측정 전류에서 전압 강하가 동일한 다이오드를 선택하고 동일한 온도 조건을 제공해야 합니다. 오류의 두 번째 구성 요소는 낮은 품질의 전류 안정화와 관련이 있습니다. 그것은 측정된 저항의 큰 값에서 나타납니다. 이를 줄이려면 임계값 전압이 가장 낮고 특성의 경사도가 가장 높은 전계 효과 트랜지스터를 VT1로 선택해야 합니다. 향상된 측정 정확도가 필요한 경우 연산 증폭기의 전류 안정기를 사용해야 합니다. 오류의 세 번째 구성 요소는 ± 561 옴에 도달 할 수있는 K3KT5 마이크로 회로의 닫힌 키 저항 변화와 관련이 있습니다. 이 오류를 제거해야 하는 경우 다이오드 VD2의 단자를 서로 닫고 전압계 PV1의 판독값에 주의하십시오. 양의 전압이 표시되면 DD2.2 또는 DD2.3 키와 직렬로 이퀄라이저 저항을 켜고 판독값이 2.1이 되도록 선택합니다. 전압계에 음수 값이 표시되면 등화 저항을 DD2.4 또는 DDXNUMX 키와 직렬로 연결해야 합니다. 무화과에. 그림 3은 ADC가 내장된 마이크로컨트롤러를 사용하여 저항을 원격 측정하기 위해 고려한 방법의 구현 다이어그램을 보여줍니다. 그림의 다이어그램과 달리 2, 스위칭을 단순화하기 위해 여기에서 동일해야 하는 두 개의 전류 안정기가 사용됩니다. AN0은 다이어그램에 표시되지 않은 마이크로컨트롤러의 ADC 입력(예: PIC16F8T3A일 수 있음)이고 RA1 및 RA2는 범용 이산 I/O 라인입니다. 마이크로컨트롤러는 5V로 전원이 공급됩니다.
첫 번째 측정 주기에서 마이크로컨트롤러 프로그램은 RA2 라인을 출력으로 구성하고 RA1 라인을 입력 저항이 큰 입력으로 구성합니다. RA2의 출력에서 로우 로직 레벨을 설정합니다. 결과적으로 트랜지스터 VT1의 안정기 전류는 다이오드 VD1과 측정 된 저항 R을 통해 통신 라인을 통해 흐릅니다.x, 저 저항 출력 RA2를 통해 공통 와이어로 흐릅니다. 과도 현상을 완료하는 데 필요한 일시 중지 후 마이크로 컨트롤러의 ADC는 전압 U를 측정합니다.1. 두 번째 주기에서는 RA1 및 RA2 라인의 기능이 상호 변경됩니다. 결과적으로 트랜지스터 VT2의 안정기 전류는 다이오드 VD2를 통해 통신 라인을 통해 흐르고 저 저항 출력 RA1을 통해 공통 와이어로 들어갑니다. ADC는 전압 U를 측정합니다.2. 그런 다음 프로그램은 차이 U를 찾습니다.1-U2, R을 계산x, 그 후 프로세스가 반복됩니다. 스태빌라이저 중 하나(예: 트랜지스터 VT1)의 전류는 앞에서 설명한 방법에 따라 저항 R1을 선택하여 설정합니다. 그런 다음 1kΩ 가변 저항이 통신 라인의 모든 와이어가 끊어진 직렬로 포함되고 Rx 알려진 저항의 저항을 연결하십시오. 저항 R2를 선택하면 측정 결과에 대한 가변 저항(저항 변화의 전체 범위에서)의 최소 영향이 달성됩니다. 제너 다이오드 VD3, VD4는 측정 회로가 개방된 경우 마이크로컨트롤러의 입력을 보호합니다. 다이오드 VD5, VD6 디커플링 전압 측정 회로 U1 그리고 유2. 고려된 두 경우 모두에서 측정된 저항의 하한은 실질적으로 2입니다. 그림에 표시된 방식에 따라 조립된 장치의 상한. 1, 7mA의 전류에서 - 약 3kOhm. 전류 안정화를 위반하여 측정된 저항이 더 증가하면 오류가 급격히 증가합니다. 그림에 표시된 회로의 경우. 5에서 Rx의 최대 전압 강하는 ADC의 허용 입력 전압(1V)과 같습니다. 따라서 5mA의 전류에서 XNUMXkΩ 이하의 저항을 측정할 수 있습니다. 고려한 방법을 사용하면 두 저항 사이의 차이를 측정할 수 있습니다. 그 중 하나는 VD1 다이오드와 직렬로 연결되고 두 번째는 VD2 다이오드와 직렬로 연결됩니다. 예를 들어 서미스터를 온도 센서로 사용할 때 저항이 0의 온도에서 편리합니다. оC는 1이 아닙니다. 서미스터를 Rx(VD2 다이오드와 직렬)로 켜고 VDXNUMX 다이오드와 직렬로 보상 저항을 켜면 저항이 XNUMX 온도에서 서미스터의 저항과 같습니다. XNUMX보다 높은 온도에서는 양수이고 XNUMX 미만이면 음수입니다. 실제 구현된 장치에서 측정된 저항과 다이오드 VD1, VD2는 미터에서 약 700m 떨어진 곳에 위치했습니다. 연결을 위해 무료 꼬인 전화선 쌍이 사용되었습니다. 기기의 판독값은 과도 현상이 지속되는 동안 측정 지연이 도입될 때까지 불안정했습니다. 실습에 따르면 높은 측정 속도가 급히 필요하지 않은 경우 측정 전류의 스위칭 주파수를 낮추는 것이 좋습니다. 저자: 엘 엘리자로프
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