Повертаючись до теми про переваги цифрового мультиметра

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest® з номенклатурою мультиметрів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Основи вимірювання логометричного опору з використанням аналого-цифрового перетворювача

Вивчення основ логометричного вимірювання опору в аналого-цифрових перетворювачах (АЦП), способів його вимірювання та прикладів використання у цифрових мультиметрах, мікропроцесорах і резистивних датчиках.

Аналого-цифрові перетворювачі є ратіометричними, тобто їх результат пропорційний відношенню вхідної напруги до опорної напруги. Це можна використовувати для спрощення вимірювання опору.

Стандартний спосіб вимірювання опору - пропустити струм через резистор та виміряти падіння напруги на ньому. Потім закон Ома дозволяє розрахувати опір за виміряними значеннями напруги та струму.

Рисунок 1. Приклад блок-схеми вимірювання опору.

Напруга передається на аналоговий вихідний ланцюг або на аналого-цифровий перетворювач. Схема джерела струму повинна бути точною, стабільною та не залежати від змін вимірюваного опору або напруги живлення.

Радіометричне вимірювання опору

Якщо через два резистори пропустити однаковий струм, співвідношення напруг на них залишиться незмінним навіть при зміні струму.

Рівняння 1.

Цю властивість можна використати для побудови системи на основі АЦП, яка не потребує високоточного джерела струму або прецизійної опорної напруги.

Малюнок 2. Блок-схема використання АЦП для логометричного вимірювання опору.

Де:

• R(set) встановлює приблизний струм I.
• Виміряна напруга Vin дорівнює I × R(meas).
• Опорна напруга Vref дорівнює I × R(ref).

Цифровий результат буде пропорційний співвідношенню R(meas)/R(ref) незалежно від точного значення струму. У такій схемі потрібен лише стабільний та точний резистор R(ref).

Для роботи схеми необхідний диференціальний вхід АЦП. Більшість сучасних аналого-цифрових перетворювачів підтримують такий режим роботи.

Малюнок 3. Логометричне вимірювання з підстроюванням еталону та чотирипровідним підключенням.

Перше доповнення - можливість калібрування еталонного резистора. Це дозволяє отримати високу точність без використання дорогих прецизійних компонентів.

Друге доповнення - чотирипровідне (Кельвінове) вимірювання, необхідне для точного визначення малих значень опору. Така схема усуває вплив опору з'єднувальних проводів.

Приклад вимірювання опору цифровим мультиметром

Недорогі цифрові мультиметри часто використовують саме логометричний принцип вимірювання опору. Навіть при зміні струму вимірювання результати залишаються в межах допустимої похибки.

Таблиця 1. Результати вимірювань у діапазоні 200 Ом.

При встановленні діапазону 20 кОм результати також залишаються в межах допустимої похибки.

Таблиця 2. Результати вимірювань у діапазоні 20 кОм.

Радіометричні вимірювання з використанням мікропроцесора

Багато сучасних мікропроцесорів та мікроконтролерів мають вбудовані аналого-цифрові перетворювачі. Використання диференціального опорного входу дозволяє реалізувати логометричні вимірювання безпосередньо у вбудованій системі.

Малюнок 4. Використання АЦП з диференціальним опорним входом.

У такій конфігурації вимірюваний резистор може бути підключений до загального проводу, а опорний резистор працює окремо від загальної шини.

Основи логометричних вимірювань для резистивних датчиків

До резистивних датчиків належать термістори, RTD-датчики температури та потенціометри. Усі вони можуть працювати за логометричним принципом вимірювання.

Термістори

Рисунок 5. Приклади корпусів термісторів.

Термістори можуть мати негативний або позитивний температурний коефіцієнт. Для перетворення виміряного опору в температуру використовуються таблиці або математичні рівняння.

Резистивні датчики температури (RTD)

RTD-датчики мають високу точність і часто використовуються у промислових вимірюваннях температури. Для максимальної точності рекомендується використовувати чотирипровідне підключення.

Для платинових RTD зміна опору приблизно становить 0,4% на кожен градус Цельсія.

Потенціометри

Потенціометри є найпростішими резистивними датчиками. Вихідний сигнал безпосередньо пропорційний положенню повзунка потенціометра.

Висновок щодо логометричного вимірювання опору

Концепція логометричного вимірювання опору проста: через вимірюваний та еталонний резистори проходить однаковий струм, а результат АЦП визначається співвідношенням їх опорів. Такий підхід дозволяє значно спростити схему вимірювання та підвищити її стабільність.

купити мультиметр в Україні