远程测量电阻。方案、说明

远程测量电阻。无线电电子电气工程百科全书

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作者提出了一种测量可变电阻器、热敏电阻器或任何物理量传感器的电阻的方法，其输出参数是电阻。测量对象与设备之间的距离可达数百米，只需两根电线就足以连接它们。

有时有必要测量距离相当远的物体的电阻。例如，如果将滑轮放在可变电阻器的轴上，并将一根电缆穿过滑轮，一端固定浮子，另一端固定负载，则可以确定水箱或水库中的水位。同样，您可以控制窗户、风门、门的打开程度。

有许多商业仪器可用于远程电阻测量。但在某些情况下，它们的使用成本太高，而且最重要的是，它们没有防破坏保护，并且受控对象通常位于服务人员很少访问的地方。我想将一个小型且便宜的传感器连接到一对电线，连接到一两公里外的测量设备。不考虑需要较多电线的连接方案，因为现有的通信和控制电缆中自由电线始终供不应求。由于多种原因，此类延长通信线路上的常见四线电阻测量电路无法提供所需的精度。

我提出了一种远程测量电阻的方法，只需要两线通信线，并且电线的电阻不会给测量结果带来误差。

测量原理如图所示。 1，其中R_x - 测量电阻；右_n - 通信线路的电线电阻； GI1——电流源。根据电路，当开关SA1处于上部位置时，源电流流过通信线、二极管VD1和被测电阻。电压表PV1显示电压U₁=U_VD1+我（R_n+R_x），你在哪里_VD1 - 二极管 VD1 上的直接电压降。将开关SA1切换到下方位置后，电流将流过通信线和二极管VD2，电压表PV1将显示电压U₂=U_VD2+I R_n，你在哪里_VD2 - 二极管 VD2 上的直接电压降。如果二极管 VD1 和 VD2 相同，则 U_VD1=U_VD2иR_x=(你₁-U₂）/我。

远程测量电阻
米。 1. 远程电阻测量原理示意图

上图。图2示出了该测量方法的实施图。晶体管VT1上装有电流稳定器。 DD1芯片上是一个多谐振荡器，控制电子钥匙DD2和DD3上的开关的操作。当引脚 10 DD1 出现高逻辑电平电压时，来自稳定器的电流将流过闭合键 DD2.1、连接线的第一根导线、二极管 VD1、被测电阻 R_x、连接线的第二根线与闭键DD2.4为公共线。该电路上的电压降将通过闭合钥匙 DD3.1 施加到电容器 C6 上，并将其充电至电压 A。

米。 2、远程测量电阻方法的实现方案（点击放大）

在多谐振荡器振荡的下一个半周期内，电流将流经闭合键DD2.3、连接线第二根导线、二极管VD2、连接线第一根导线和闭合键DD2.2到一根普通电线。该电路上通过闭合钥匙DD3.2产生的电压降会将电容器C7充电至电压U2。电路R4C5VD3和R5C4VD4将按键DD3.1和DD3.2的闭合时刻延迟了通信线路中瞬变衰减所需的时间。

高阻电压表 PV1 测量比例 R_x 电容器两端的电压差。如果将稳定器的输出电流设置为 1 mA，则电压表的读数（以伏特为单位）将在数值上等于测量的电阻（以千欧为单位）。

在实际情况下，通信线路可以穿过具有不同电气参数的电话电缆和信号电缆。其中瞬态过程的幅度可达3V（实测值）。如果测量的电阻具有显着的电感分量，这些过程尤其明显。例如，如果它是用作温度传感器的继电器线圈。在某些情况下，瞬态过程相当长。为了消除它们的影响，需要增加多谐振荡器的振荡周期和延迟电路的时间常数。

作为通讯线，建议选择漏电流最小的双绞线。它不仅应该位于线对的电线之间，而且还应该位于它们与所用电缆的其他电线之间。如果我们考虑到在给用户打电话时，电话线中的电压超过120V，那么很明显，即使是很小的泄漏也会产生严重的干扰，甚至损坏电阻测量装置。

设置仪表基本上可以归结为调整电流稳定器。为此，请在图中标有十字的位置断开连接电流稳定器和电子钥匙的电线，然后打开 A 点和 B 点之间的毫安表。通过选择电阻器 R1 设置所需电流（例如 3 mA）。如果不这样做，您可能会意外超过 K561KT3 芯片按键允许的电流。过载后的微电路甚至可能继续工作，但测量结果会变得奇怪。然后，恢复稳流器与按键的连接，在器件上连接一个精确已知阻值的电阻作为Rx，最后根据电压表PV3的读数选择电阻R1。

现在关于所考虑的方法的误差的组成部分。第一个是二极管 VD1 和 VD2 上的压降不同。当测量 200 欧姆的电阻时，该误差分量非常明显，并且随着电阻的减小而增大。为了降低它，您需要选择在给定测量电流下具有相同压降的二极管，并尝试为它们提供相同的温度条件。

误差的第二个部分与低质量的电流稳定性有关。它表现在所测量的电阻值很大。为了降低它，您应该选择具有尽可能低的阈值电压和尽可能高的特性陡度的场效应晶体管作为VT1。如果需要提高测量精度，则应使用运算放大器上的电流稳定器。

误差的第三个分量与K561KT3微电路的闭合按键的电阻变化有关，该变化可以达到±5欧姆。如果需要消除此错误，请将二极管 VD2 的端子相互靠近，并注意电压表 PV1 的读数。如果显示正电压，则打开与DD2.2或DD2.3键串联的均衡电阻并选择它，使读数为零。如果电压表显示负值，则必须在按键DD2.1或DD2.4上串接均衡电阻。

上图。图 3 显示了使用微控制器（可以是任何具有内置 ADC 的微控制器）远程测量电阻的所考虑方法的实现图。与图中的图表不同。 2、为了简化切换，这里使用了两个恒流器，它们应该是相同的。 AN0 是图中未显示的微控制器（例如 PIC16F8T3A）的 ADC 输入，RA1 和 RA2 是其通用离散 I/O 线。微控制器由 5 V 供电。

远程测量电阻
米。 3. 远程电阻测量方法的实施示意图

在第一个测量周期中，微控制器程序将 RA2 线配置为输出，将 RA1 线配置为具有较大输入电阻的输入。在 RA2 的输出端，它设置低逻辑电平。结果，晶体管VT1上的稳定器电流通过二极管VD1和被测电阻R流经通信线路。_x，然后通过低阻输出RA2流入公共线。在完成瞬态所需的暂停之后，微控制器的 ADC 测量电压 U₁.

在第二周期中，线路RA1和RA2的功能相互改变。结果，晶体管VT2上的稳定器电流通过二极管VD2流过通信线路，并通过低电阻输出RA1进入公共线路。 ADC 测量电压 U₂。然后程序找出差异U₁-U₂, 计算 R_x，之后重复该过程。

稳定器之一（例如，晶体管VT1上）的电流通过根据前述方法选择电阻器R1来设置。然后，在通信线路任意一根断线处串联一个 1 kΩ 可变电阻，作为 R_x 连接一个已知阻值的电阻。通过选择电阻器R2，可以实现可变电阻器（在其阻值变化的整个范围内）对测量结果的影响最小。齐纳二极管 VD3、VD4 在测量电路开路时保护微控制器的输入。二极管VD5、VD6去耦电压测量电路U₁ 和你₂.

在两种考虑的情况下，测量电阻的下限实际上为零。根据图所示的方案组装的装置的上限。 2、电流为 1 mA - 约 7 kOhm 时。由于违反电流稳定性而导致测量电阻进一步增加，误差急剧增加。对于图所示的电路如图3所示，Rx上的最大压降等于ADC允许的输入电压(5V)。因此，在1mA电流下，可以测量不超过5kΩ的电阻。

应该注意的是，所考虑的方法允许您测量两个电阻之间的差异，其中一个电阻与 VD1 二极管串联，第二个电阻与 VD2 二极管串联。这很方便，例如，当使用热敏电阻作为温度传感器时，其电阻在 0 的温度下 ^оC 不等于零。如果接通热敏电阻作为Rx（与VD1二极管串联），并接通与VD2二极管串联的补偿电阻，其阻值等于热敏电阻在零温时的阻值，则仪器读数温度高于零时为正值，低于零时为负值。

在实际实施的装置中，被测电阻和二极管VD1、VD2位于距仪表约700m的位置。为了进行连接，使用了一对免费的双绞电话线。仪器的读数不稳定，直到在瞬变期间引入测量延迟。实践表明，如果不迫切需要较高的测量速度，那么最好将测量电流的开关频率设置得较低。

作者：L. Elizarov

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