Возвращаясь к теме о преимуществах цифрового мультиметра

Ссылка на страницу сайта Магазина Gtest® с номенклатурой мультиметров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Основы логометрического измерения сопротивления с использованием аналого-цифрового преобразователя

Изучение основ логометрического измерения сопротивления в аналого-цифровых преобразователях (АЦП), способов его измерения и примеров использования в цифровом мультиметре (DMM), микропроцессоре и различных резистивных датчиках.

Аналого-цифровые преобразователи являются ратиометрическими, то есть их результат пропорционален отношению входного напряжения к опорному напряжению. Это можно использовать для упрощения измерения сопротивления.

Стандартный способ измерения сопротивления - пропустить ток через резистор и измерить падение напряжения на нем. Затем закон Ома (V = I × R) можно использовать для расчета сопротивления по напряжению и току. Конечный результат может быть аналоговым или цифровым.

Рисунок 1. Пример блок-схемы, показывающей измерение сопротивления.

Напряжение передается либо на аналоговую выходную цепь, либо на аналого-цифровой преобразователь. Схема источника тока должна быть точной, стабильной и не подверженной влиянию измеряемого сопротивления и изменений напряжения питания. АЦП, используемый таким образом, также требует точного и стабильного опорного напряжения.

Радиометрическое измерение сопротивления

Если через два резистора пропустить одинаковый ток, то соотношение их напряжений останется неизменным при изменении тока. Математически это можно выразить следующим образом.

Уравнение 1.

Эту информацию можно использовать для разработки системы на базе АЦП, которая выполняет логометрическое измерение сопротивления и не требует источника постоянного тока или высокоточного опорного напряжения.

Рисунок 2. Блок-схема использования аналого-цифрового преобразователя для логометрического измерения сопротивления.

Где:

• R(set) задает приблизительный ток I.
• Измеренное напряжение Vin равно I × R(meas).
• Опорное напряжение Vref равно I × R(ref).

Цифровой результат будет пропорционален отношению R(meas)/R(ref) независимо от точного значения тока. По сравнению со стандартным подходом не требуется ни схема источника тока, ни прецизионное опорное напряжение. Только резистор R(ref) должен быть стабильным и точным.

Важно отметить, что такой метод работает только при наличии дифференциального входа у аналого-цифрового преобразователя. Большинство современных АЦП поддерживают такой режим работы.

Рисунок 3. Логометрическое измерение с регулировкой эталонной подстройки и четырехпроводным измерением сопротивления.

Первым дополнением является регулировка эталонной подстройки. Она позволяет откалибровать систему и повысить точность измерений без применения дорогих высокоточных резисторов.

Второе дополнение - четырехпроводное (Кельвиново) измерение сопротивления. Такой метод исключает влияние сопротивления соединительных проводов и особенно полезен при измерении малых сопротивлений.

Пример измерения сопротивления цифровым мультиметром

Рассмотрим пример использования недорогого цифрового мультиметра. Несмотря на изменение измерительного тока, результаты остаются в пределах допустимой погрешности.

Таблица 1. Результаты измерений цифровым мультиметром в диапазоне 200 Ом.

Аналогичные результаты получаются и при измерениях в диапазоне 20 кОм.

Таблица 2. Результаты измерений цифровым мультиметром в диапазоне 20 кОм.

Все показания находятся в пределах одного процента, несмотря на изменение измерительного тока.

Ратиометрические измерения с использованием микропроцессора

Многие микропроцессоры и микроконтроллеры содержат встроенный аналого-цифровой преобразователь. Использование дифференциального опорного входа позволяет реализовать логометрическое измерение сопротивления непосредственно в микропроцессорной системе.

Рисунок 4. Использование АЦП с дифференциальным опорным входом для измерения сопротивления.

В такой конфигурации измеряемый резистор может быть подключен к общей цепи, а опорный резистор остается независимым от общего провода.

Основы логометрических измерений для резистивных датчиков

К резистивным датчикам относятся термисторы, RTD-датчики температуры и потенциометры. Для всех этих устройств может использоваться логометрический принцип измерения.

Термисторы

Рисунок 5. Примеры типов корпусов термисторов.

Термисторы бывают типов NTC и PTC. Их сопротивление изменяется в зависимости от температуры, поэтому для преобразования измеренного сопротивления в температуру используются таблицы или специальные математические модели.

Резистивные датчики температуры (RTD)

RTD-датчики обеспечивают высокую точность измерений температуры. Для платиновых RTD изменение сопротивления составляет примерно 0,4% на каждый градус Цельсия.

Для обеспечения высокой точности рекомендуется использовать четырехпроводное подключение, особенно для датчиков с сопротивлением 100 Ом.

Потенциометры

Потенциометры являются простыми резистивными датчиками положения. Выходной сигнал пропорционален положению движка потенциометра.

Заключение по измерению ратиометрического сопротивления

Концепция логометрического измерения сопротивления достаточно проста: через измеряемый и эталонный резисторы проходит одинаковый ток, а цифровой результат определяется отношением их сопротивлений. Такой подход позволяет упростить схему измерения и повысить стабильность результатов.

купить мультиметр в Украине