Компенсация сопротивления соединительных проводов
05.12.2017
Компенсация сопротивления соединительных проводов
Измерительные точки, например, на строительных конструкциях или крыльях воздушных судов, часто расположены на больших расстояниях от измерительных приборов. Для подключения измерительных точек к усилителям, расположенным вдали от них, требуются большие длины соединительных проводов.
Недостаток такой измерительной системы: сопротивление провода в кабеле может составлять несколько Ом и отрицательно влияет на качество измерений. В частности, электрическое сопротивление в кабеле изменяется под воздействием температурных колебаний, все это приводит к отрицательным воздействиям на результаты измерений.
Для соединительных проводов, которые находятся рядом с тензодатчиками (SG) в одном и том же рычаге моста, температурный отклик, вызванный нагревом кабеля, рассчитывается следующим образом:
 |
 |
 = температурная характеристика измерительной точки вследствие нагрева кабеля |
 = температурный коэффициент материала токопроводящей жилы кабеля |
 |
 |
Q = проводимость материала
Пример:
Медный провод длиной 1 м (по 0,5 м для подачи питания и обратной связи) с поперечным сечением 0,15 мм2 последовательно соединенным с тензорезистором на 120 Ом вызывает температурный отклик 20 мкм/м при изменении температуры на 10К. При прочих равных условиях температурный отклик тензорезистора на 350 Ом составляет всего 7 мкм/м.
Сопротивление соединительных проводов можно компенсировать с помощью различных типов тензорезисторов В этой статье представлены три типа схем, основанных на мостовой схеме Уитстона, объясняющей их преимущества и недостатки.
2-проводная схема
При 2-проводной схеме подключения тензорезисторы и усилитель подключаются через два провода (см. Рис.1). Схема показывает, что сопротивление кабеля добавляется дважды (подача питания и обратная связь) к сопротивлению тензорезистора.
Это влияет как на нулевую точку моста, так и на его чувствительность. Даже с кабелями длиной в несколько сантиметров необходимо учитывать сопротивление кабеля. 2-проводная схема особенно чувствительна к изменению температуры во время измерения, так как изменение сопротивления одновременно влияет на измеренное значение.
Температурная стабильность 2-проводной цепи была протестирована с использованием тензорезисторов и мостового усилителя QuantumX MX1615 .
 |
Результат испытания: Результат измерения, полученный с использованием 2- проводной схемы, не имеет значения. Изменение сопротивления кабеля под воздействием увеличения температуры полностью влияет на результат измерения.
 |
Асимметричные изменения сопротивления в цепи тензорезисторов также приводят к ошибкам измерения. Изменения сопротивления не корректируются.
 |
| Рис. 1: Подключение тензорезисторов в 2-проводной схеме |
Регулируемая 3-проводная схема
В случае 3-проводной схемы (Рис. 2) дополнительный контакт подключается к одной из точек измерительного сопротивления, что приводит к появлению второй измерительной цепи, которая используется в качестве эталонной. Регулируемая 3- проводная схема измеряет напряжение по верхнему сопротивлению кабеля и увеличивает напряжение питания на удвоенное измеренное значение. В результате напряжение на тензорезисторе идентично, как с использованием, так и без кабеля, то есть кабель не влияет на чувствительность.
Регулируемая 3-проводная схема требует, чтобы два токопроводящих провода имели одинаковое сопротивление, так как напряжение измеряется только на одном выводе , однако двойное значение применяется для коррекции. Следовательно, с кабелем с четырьмя проводами было бы совершенно неправильно подключать два провода параллельно, чтобы уменьшить сопротивление кабеля. Это приведет к значительной ошибке нуля. С другой стороны, с розетками и цепочками тензорезисторов важно убедиться, что резистор RKab1 соответствует всем резисторам RKab2,
 |
Наше испытание также демонстрирует: изменения сопротивления корректируются только в одном кабеле. Асимметричные изменения сопротивления, например, помехи в точках контакта, полностью влияют на результат измерения. Симметричные изменения сопротивления, например, температурные колебания во время
измерения, компенсируются измерительным проводом.
 |
| Рис. 2: Подключение тензорезисторов в 3-проводной схеме |
Регулируемая 4-проводная схема
Только 4-проводная схема или запатентованная компанией HBM цепь Кройцера позволяют компенсировать различные сопротивления кабелей. Электрический ток протекает через резистор через два провода. Падение напряжение на резисторе RKab1 можно откорректировать (при высоком импедансе) с помощью двух дополнительных проводов.
Схема Кройцера измеряет напряжение на резисторе RKab2 и добавляет его к источнику питания. Напряжение, а также ток с помощью дополняющего резистора Rerg являются независимыми от сопротивления кабеля. Погрешность точки нуля и чувствительности, возникающие вследствие влияния кабеля, компенсируются электронными средствами.
 |
Примечание: на трех графиках показаны тензометрические измерения с использованием 2-, 3- и 4-проводных схем. На первый взгляд кажется, что все три метода обеспечивают одинаковую стабильность. Но, тем не менее, мы видим скачки на графиках для 2- и 3-проводной схемы; с 4-проводной схемой график остается стабильным.
Наши испытания подтверждают: запатентованная схема Кройцера позволяет получать высокоточные результаты измерений благодаря:
- высокой температурной стабильности
- и коррекции изменений сопротивления в обоих соединительных проводах.
Асимметричные изменения сопротивления, например, в разъемах и симметричные изменения сопротивления, например, вызванные изменением температуры, корректируются и не влияют на результат измерения.
О полезности мультиметра))) Ч. 2.
Снова рад писать Вам, дорогие друзья! Сегодня, я продолжу рассказывать о пользовании замечательным прибором — мультиметром.
Измерение величины тока:
Как известно, ток измеряется в Амперах и его величину тоже можно измерить мультиметром. Для этого переключаем один из щупов в специальное гнездо:
Это гнездо предназначено специально для измерения токов величиною от 200 миллиАмпер до 10 Ампер. Если, измеряемый ток меньше 200 мА, то перетыкивать провода не надо. Но, в 99 % случаев, при ремонте автомобиля, измеряемый ток будет находиться в пределах от 200 мА до 10 А, так что пользоваться средним гнездом для измерения тока Вам придётся очень редко, если, конечно, Вы не электронщик)))
Далее, если Вы воткнули провод в верхнее гнездо, то сразу же переключите щёлкалку на соответствующий предел измерений в Амперах (у нас это крайняя часть сектора — 10 А):
А теперь, попробуем измерить ток через вот эту лампочку, запитав её от мотоциклетного аккумулятора на 12 В.:
Заметьте, что для измерения тока щупы мультиметра нужно подключить последовательно измеряемой лампочке так (полярность не важна, по русски — не важно каким проводом — хоть чёрным к плюсу, хоть красным и наоборот):
Измерение тока благополучно закончено!
А теперь внимание: после окончания измерений НЕ ЗАБУДЬТЕ ВЕРНУТЬ ПЕРЕСТАВЛЕННЫЙ ПРОВОД ОБРАТНО В СРЕДНЕЕ ГНЕЗДО!
Иначе, если забудете, и сунете щупы в розетку, например, Ваши провода весело сгорят в Ваших руках как красивые Новогодние бенгальские огни (сам сжёг так 2 комплекта проводов, поверьте, я знаю о чём говорю). Хотя даже, в самом худшем случае, дело обойдётся только потерей проводов, сам же мультиметр так не спалить, ибо он изнутри защищён предохранителем)))
Измерение сопротивления:
Теперь Вы знаете о мультиметре очень много и, пожалуй, сами догадаетесь, как измерить сопротивление нашей лампочки. Для тех, кто не догадался, кратко подсказываю: щелкалку в сектор Оммов, а щупы на концы измеряемой цепи:
Теперь, ради интереса, измерим сопротивление ВВ проводов от ЗИЛа, о прелестях которых я писал здесь:Высоковольтные провода от ЗИЛа на Шестёрке.:
А следующее измерение, я посвящаю своему замечательному другу и дорогому читателю Davydov935 . У него стоят провода "Слон" — вот, для примера, сопротивление одного из них:
Режим прозвонки цепей:
Ещё одна полезная функция мультика. Ставим щёлкалку на пищалку (там значок диода — № 6 на рисунке):
Теперь мультик будет пищать и показывать странные цифры в тех случаях, когда между щупами будет какая то цепь (это называется режим прозвонки и он, обычно, используется для проверки диодов, хотя проверять можно что угодно):
Вот, пожалуй, и всё функции первой необходимости, которые пригодятся Вам на первых порах использования мультиметра. Хотя на самом деле, функционал мультиметра ещё намного шире, но я не хочу забивать Вам головы описывая способы проверки прибором различных электронных компонентов и некоторые спецфункции — всему своё время.
А теперь пора говорить: "До свидания!"
Желаю Вам абсолютно всех мыслимых и немыслимых благ! Приобретайте полезные инструменты — пользуйтесь — радуйтесь!
Назовите принципиальное отличие вольтметра от амперметра магнитоэлектрической системы.
Измерительная катушка амперметра подключена к шунту, установленному в приборе или вне его, по которому протекает измеряемый ток, измерительная цепь вольтметра включается непосредственно вместо измерения напряжения.
Лабораторная работа № 3
ИЗУЧЕНИЕ ЦИФРОВОГО МУЛЬТИМЕТРА
Цель работы: Изучить основные характеристики цифровых мультиметров. Научиться измерять значения силы тока, сопротивления проводников, напряжения и частоты переменного тока.
Оборудование: Модуль «Модуль питания и измерений», термопара, измерительные провода.
Рисунок 3.1 – Внешний вид цифрового мультиметра MY-64 Mastech
Пределы измерения постоянного напряжения
| Предел | Разрешение | Точность |
| 200 мВ | 0,1 мВ | ± 0,5 % ± 1 ед. счета |
| 2 В | 1 мВ | ± 0,5 % ± 1 ед. счета |
| 20 В | 10 мВ | ± 0,5 % ± 1 ед. счета |
| 200 В | 0,1 В | ± 0,5 % ± 1 ед. счета |
| 1000 В | 1 В | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
Пределы измерения переменного напряжения
| Предел | Разрешение | Точность |
| 200 мВ | 0,1 мВ | ± 1,2 % ± 3 ед. счета |
| 2 В | 1 мВ | ± 0,8 % ± 3 ед. счета |
| 20 В | 10 мВ | ± 0,8 % ± 3 ед. счета |
| 200 В | 0,1 В | ± 0,8 % ± 3 ед. счета |
| 700 В | 1 В | ± 1,2 % ± 3 ед. счета |
Пределы измерения постоянного тока
| Предел | Разрешение | Точность |
| 2 мА | 1 мкА | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
| 20 мА | 10 мкА | ± 0,80 % ± 1 ед. счета |
| 200 мА | 0,1 мА | ± 1,5 % ± 1 ед. счета |
| 10 А | 1 мА | ± 2 % ± 5 ед. счета |
Пределы измерения переменного тока
| Предел | Разрешение | Точность |
| 2 мА | 1 мкА | ± 1 % ± 3 ед. счета |
| 20 мА | 10 мкА | ± 1 % ± 3 ед. счета |
| 200 мА | 0,1 мА | ± 1,8 % ± 3 ед. счета |
| 10 А | 10 мА | ± 3 % ± 7 ед. счета |
Пределы измерения сопротивления
| Предел | Разрешение | Точность |
| 200 Ом | 0,1 Ом | ± 0,8 % ± 3 ед. счета |
| 2 кОм | 1 Ом | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
| 20 кОм | 10 Ом | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
| 200 кОм | 100 Ом | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
| 2 МОм | 1 кОм | ± 0,8 % ± 1 ед. счета |
| 20 МОм | 10 кОм | ± 1 % ± 2 ед. счета |
| 200 МОм | 100 кОм | ± 5 % ± 10 ед. счета |
Область применения цифровых мультиметров?
Измерение постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления, емкости, а также частоты и коэффициента заполнения периодического сигнала. Мультиметры могут также применяться для контроля ("прозвонки") электрических цепей и контроля диодов. Один прибор может использоваться как: вольтметр, амперметр или токовые клещи, частотомер, мегаомметр и цифровой термометр.
Область применения: измерение электрических величин в слаботочных цепях (коммуникационное оборудование, бытовые электроприборы, осветительные сети и пр.)
Приведите порядок действий при измерении тока и напряжения цифровым мультметром.
Установить переключатель на желаемый предел тока или напряжения. Для измерения напряжения подключить щупы в гнезда «VΩHz» и «СОМ» параллельно, для измерения тока подключить щупы в гнёзда «mA» или «1 А» и «СОМ» последовательно с проверяемым устройством или схемой.
Приведите порядок действий при измерении частоты электрического сигнала цифровым мультиметром.
Подключить щупы в гнезда «VΩHz» и «СОМ». Установить переключатель на Hz. Подключить к объекту измерения.
Как скомпенсировать сопротивление соединительных проводников (щупов) мультиметра?
Закоротить щупы, записать сопротивление проводников и в дальнейшем вычитать из измеренного напряжения.